Tài liệu Dự án sản xuất thử nghiệm gạch không nung từ xúc tác fcc đã qua sử dụng của nhà máy lọc dầu dung quất

UBND TỈNH QUẢNG NGÃI SỞ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ TỔNG CÔNG TY LẮP MÁY VIỆT NAM CÔNG TY CỔ PHẦN CƠ – ĐIỆN – MÔI TRƯỜNG LILAMA Báo cáo tóm tắt Dự án DỰ ÁN SẢN XUẤT THỬ NGHIỆM GẠCH KHÔNG NUNG TỪ XÚC TÁC FCC ĐÃ QUA SỬ DỤNG CỦA NHÀ MÁY LỌC DẦU DUNG QUẤT Chủ nhiệm dự án: PGS.TS. Nguyễn Phi Hùng Quảng Ngãi, tháng 6/2013 MỤC LỤC Trang MỞ ĐẦU................................................................................................................................1 Chương 1. TỔNG QUAN.....................................................................................................2 I.1. Tổng quan các kiến thức liên quan đến Dự án............................................................2 I.2. Tổng quan về Dự án.......................................................................................................2 1.2.1. Thông tin chung về Dự án..........................................................................................2 1.2.2. Địa điểm thực hiện Dự án..........................................................................................2 1.2.3. Mục tiêu của Dự án....................................................................................................3 1.2.4. Nội dung của Dự án....................................................................................................3 1.2.5. Phương án triển khai..................................................................................................5 1.2.6. Dự báo nhu cầu thị trường và phương án kinh doanh sản phẩm của Dự án................6 1.2.7. Sản phẩm của Dự án..................................................................................................6 Chương 2. THỰC NGHIỆM...............................................................................................6 II.1. Đối tượng nghiên cứu...................................................................................................6 II.2. Phương pháp nghiên cứu.............................................................................................6 II.2.1. Các phương pháp xác định thành phần đặc tính cấu trúc vật liệu.........................6 II.2.2. Phương pháp xử lý, kiểm soát các yếu tố nguy hại trong xúc tác FCC đã qua sử dụng.......................................................................................................................................6 II.2.3. Phương pháp tạo gạch không nung..........................................................................6 II.2.4. Các phương pháp xác định tính chất cơ lý của sản phẩm gạch không nung..................7 Chương 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN...........................................................................7 III.1. Xác định đặc tính của nguyên liệu sử dụng sản xuất gạch không nung................7 III.1.1. Chất xúc tác đã qua sử dụng từ Nhà máy lọc dầu Dung Quất..............................7 III.1.2. Các nguyên liệu phối trộn khác....................................................................................9 III.2. Nghiên cứu sự thay đổi nguyên liệu đầu vào cho dây chuyền sản xuất gạch không nung.......................................................................................................................................9 III.2.1. Thay đổi tỷ lệ phối trộn xúc tác sFCC (cố định hàm lượng xi măng)...................9 III.2.2. Thay đổi tỉ lệ phối trộn xi măng (cố định hàm lượng xúc tác sFCC)..................10 III.3. Nghiên cứu xử lý và kiểm soát yếu tố nguy hại của xúc tác FCC đã qua sử dụng trong sản xuất gạch không nung.......................................................................................11 III.3.1. Kết quả phân tích kim loại nặng............................................................................11 III.3.2. Xử lý bằng công nghệ nước hoạt hoá...................................................................12 III.3.3. Xử lý kết hợp bằng bentonit...................................................................................13 III.4. Đề xuất và triển khai dây chuyền sản xuất gạch không nung từ xúc tác FCC đã qua sử dụng.........................................................................................................................14 III.5. Các kết quả hoàn thiện công nghệ khác.................................................................15 III.5.1. Nghiên cứu thiết kế hệ thống cấp nguyên liệu tự động........................................15 III.5.2. Hệ thống bão dưỡng gạch tự động........................................................................15 III.5.3. Nghiên cứu thiết kế hệ thống xử lý bụi cho dây chuyền sản xuất gạch không nung...16 III.5.4. Nghiên cứu thay đổi khuôn gạch và phối màu cho sản phẩm gạch không nung16 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ..............................................................................................17 CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN DỰ ÁN.....................................18 DANH SÁCH NHỮNG THÀNH VIÊN THỰC HIỆN DỰ ÁN Tổ chức STT Họ và tên 1 Nguyễn Phi Hùng 2 Trần Quang Hữu 3 Nguyễn Hữu Hạnh 4 Trần Cao Hỷ 5 Đặng Văn Sỹ 6 Ngô Quốc Bưu 7 Đỗ Thị Hoan 8 Lưu văn Nam 9 Lê Quang Tố công tác Nội dung công việc tham gia Chủ nhiệm Dự án Trường Đại học Quy Nhơn Công ty cổ phần cơ điện - môi trường Thư ký Dự án Lilama Công ty cổ phần cơ Phần công nghệ điện - môi trường và kỹ thuật Lilama Công ty cổ phần Tư Phần công nghệ vấn xây dựng Điện 4 và kỹ thuật vật - Tập đoàn Điện lực liệu xây dựng Việt Nam Công ty cổ phần cơ điện - môi trường Tư vấn Lilama Viện Công nghệ môi Nghiên cứu viên trường-VKH&CNVN chính Công ty cổ phần cơ Phần tài chính điện - môi trường và kinh tế Lilama Công ty cổ phần cơ - Phần công nghệ điện - môi trường và vật liệu xây Lilama dựng Công ty thiết bị Nghiên cứu viên PCCC Thăng Long DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT, KÝ HIỆU, THUẬT NGỮ AAS Atomic Absorption Spectroscopy (Quang phổ hấp thụ nguyên tử) ASTM: Tiêu chuẩn Hiệp hội Thử nghiệm và Vật liệu Mỹ AW Activated Water (Nước hoạt hóa) BET Brunauer-Emmett-Teller (tên riêng) BJH Barrett-Yoyner-Halenda (tên riêng) DTA Differential Thermal Analysis (Phân tích nhiệt vi sai) EDX Energy Dispersive X-ray spectroscopy (Phổ tán sắc năng lượng tia X) FCC: Fluid Catalytic Cracking (Cracking xúc tác lớp giả sôi) GKN Gạch không nung ICP-AES Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectroscopy (Quang phổ phát xạ nguyên tử cảm ứng plasma) IR Infrared (Hồng ngoại) MRET Molecular Resonance Effect Technology (Công nghệ hiệu ứng cộng hưởng từ phân tử) PC Portland cement (xi măng Portland) PLC Programmable Logic Controller (thiết bị điều khiển có lập trình) ppm parts per million (phần triệu) QCVN Quy chuẩn Việt Nam RE: Rare-earth (Đất hiếm) RFCC Residue Fluid Catalytic Cracking (Cracking xúc tác lớp giả sôi phần cặn) SEM Scanning Electron Microscopy (Kính hiển vi điện tử quét) sFCC spent Fluid Catalytic Cracking (FCC đã qua sử dụng) TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam TGA Thermogravimetric Analysis (Phân tích nhiệt trọng lượng) VLXD Vật liệu xây dựng XRD X-ray Diffraction (Nhiễu xạ tia X) * * * MỞ ĐẦU Công nghệ sản xuất gạch trong nước hiện nay vẫn chủ yếu là gạch đất nung, đã và đang gây ra những hệ lụy xấu cho môi trường sinh thái. Đó là việc sử dụng ngày càng nhiều tài nguyên đất mà chủ yếu lại là đất nông nghiệp, kèm theo là việc sử dụng các nguyên liệu khác phục vụ cho việc đốt gạch như than đá, củi… đã gây ra những hậu quả nghiêm trọng về cạn kiện nguồn tài nguyên và ô nhiễm môi trường. Vì vậy, trong mấy năm gần đây, cùng với xu thế phát triển chung của thế giới, các nhà quản lý và khoa học, công nghệ trong nước cũng rất quan tâm nghiên cứu, ứng dụng gạch không nung trong xây dựng công trình. Chính phủ đã phê duyệt Chương trình phát triển Vật liệu không nung đến năm 2020 (Quyết định số 567/QĐ-TTg ngày 28/4/2010 của Thủ tướng Chính phủ). Bộ Xây dựng cũng đã ban hành Thông tư số 09/2012/TT-BXD ngày 28/11/2012, quy định sử dụng vật liệu xây không nung trong các công trình xây dựng kể từ năm 2013. Qua khảo sát thực tế tại địa phương và các tỉnh miền Trung thì tình hình sản xuất và sử dụng vật liệu xây không nung vẫn còn rất nhiều hạn chế. Theo thống kê của Sở Xây dựng tỉnh Quảng Ngãi cho thấy, tổng sản lượng sản xuất trong năm 2012 đối với gạch đất sét nung là 460 triệu viên, trong đó: gạch tuynel đạt trên 220 triệu viên, gạch nung lò đứng liên tục đạt 50 triệu viên, gạch đất sét nung bằng lò thủ công khoảng 170 triệu viên. Đối với gạch xây không nung, hiện nay trên địa bàn tỉnh mới chỉ có 2 chủng loại gạch xây không nung, đó là: gạch xi măng - cốt liệu và gạch khác (đá chẻ, đá ong,…), việc sản xuất và sử dụng vật liệu xây không nung của tỉnh hiện nay chỉ đạt khoảng 10% trên tổng số vật liệu xây các công trình vốn nhà nước. Sự ra đời và hoạt động của Nhà máy lọc dầu Dung Quất đã góp phần rất quan trọng đến sự phát triển kinh tế - xã hội khu vực Miền Trung, đảm bảo nhu cầu nhiên liệu và nguyên liệu hóa dầu cho đất nước. Bên cạnh đó, vấn đề phát sinh chất thải có khả năng ô nhiễm môi trường từ các khu công nghiệp đang ngày càng gia tăng, đòi hỏi phải được quan tâm thu gom, xử lý và tái chế triệt để. Hằng năm, Nhà máy thải ra khoảng 2000 tấn chất xúc tác đã qua sử dụng, chủ yếu là xúc tác RFCC (Residue Fluid Catalytic Cracking). Thành phần cơ bản của một chất xúc tác FCC bao gồm hai hợp phần: zeolit (Y dạng trao đổi RE3+ và/hoặc H+, H-ZSM-5...), pha nền (SiO2, Al2O3, SiO2-Al2O3, khoáng sét...). Chất xúc tác FCC đã mất hoạt tính có bề mặt đã bị đầu độc bởi các kim loại nặng (V, Ni, Sb...), các hydrocacbon và bị cốc hóa. Kích thước hạt giảm do xúc tác bị vỡ vụn, vì thế bụi của chúng có khả năng gây bệnh bụi phổi silic, ung thư khi tiếp xúc và hít phải liên tục trong thời gian dài. Tuy nhiên, thành phần chính của chất xúc tác FCC đã qua sử dụng vẫn là SiO2, Al2O3 tương tự như các hợp chất aluminosilicat trong vật liệu xây dựng. Vì thế, việc tái chế kết hợp với xử lý các tác nhân gây hại nêu trên để tạo gạch không nung trong xây dựng là rất cần thiết, có cơ sở khoa học, ý nghĩa thực tiễn và khả thi. Nhận thức được các yêu cầu cấp thiết nêu trên, với vai trò là một công ty tiếp nhận nguồn thải và có kinh nghiệm trong lĩnh vực xử lý, tái chế chất thải dầu khí, Ban lãnh đạo Công ty Cổ phần Cơ - Điện - Môi trường Lilama cùng với một số nhà khoa học đã tiến hành nghiên cứu quy mô phòng thí nghiệm chế tạo gạch không nung qua đề tài cấp Cơ sở: “Nghiên cứu sản xuất gạch không nung từ chất thải zeolit” (nghiệm thu ngày 21/02/2011). Trên cơ sở các kết quả nghiên cứu cơ bản đó, bằng kinh phí tự có của đơn vị cùng với sự hỗ trợ kinh phí từ ngân sách sự nghiệp khoa học tỉnh Quảng Ngãi, chúng tôi đã đề xuất, thực hiện “Dự án sản xuất thử nghiệm gạch không nung từ xúc tác FCC đã qua sử dụng của nhà máy lọc dầu Dung Quất”, với hy vọng Dự án thành công sẽ mở ra một hướng ngành nghề mới cho địa phương, giảm các gánh nặng về chôn lấp chất thải rắn, giảm thiểu ô nhiễm môi trường, góp phần tiết kiệm năng lượng, bảo vệ tài nguyên thiên nhiên và phát triển kinh tế bền vững. Chương I. TỔNG QUAN I.1. Tổng quan các kiến thức liên quan đến Dự án Trong Báo cáo tổng kết Dự án, mục này trình bày tổng quan các vấn đề sau: - Chất xúc tác cracking, xúc tác FCC; - Chất thải xúc tác FCC, các hướng tái chế trên thế giới và trong nước; - Gạch nung và gạch không nung; - Bản chất và nguyên lý của công nghệ hoạt hóa nước (AW). I.2. Tổng quan về Dự án I.2.1. Thông tin chung về Dự án - Tên dự án: Dự án sản xuất thử nghiệm gạch không nung từ xúc tác FCC đã qua sử dụng của nhà máy lọc dầu Dung Quất - Thời gian thực hiện: 20 tháng (từ 10/2011 đến 06/2013) - Cơ quan chủ trì Dự án: Công ty cổ phần Cơ - Điện - Môi trường Lilama - Chủ nhiệm Dự án: PGS.TS. Nguyễn Phi Hùng, Trường Đại học Quy Nhơn - Tổng vốn thực hiện Dự án: 3.793,340 triệu đồng (từ ngân sách sự nghiệp khoa học: 1.130,000 triệu đồng; vốn tự có của cơ quan chủ trì: 2.663,340 triệu đồng) I.2.2. Địa điểm thực hiện Dự án - Tại mặt bằng Khu liên hiệp xử lý chất thải EME thuộc Công ty cổ phần Cơ Điện - Môi trường Lilama, Bình Đông, Bình Sơn, Quảng Ngãi I.2.3. Mục tiêu của Dự án - Giảm thiểu gánh nặng phát sinh ô nhiễm thứ cấp, góp phần mở ra hướng mới về việc kết hợp giữa xử lý, tái chế, bảo vệ môi trường và phát triển bền vững. - Hoàn thiện dây chuyền sản xuất gạch không nung quy mô 2 triệu viên/năm từ xúc tác FCC đã qua sử dụng của nhà máy lọc dầu Dung Quất, đáp ứng tiêu chuẩn mác gạch từ 70 trở lên theo TCVN 6477:2011 và quy chuẩn QCVN 03:2008/BTNMT về giới hạn kim loại nặng cho phép trong đất dân sinh. I.2.4. Nội dung của Dự án I.2.4.1. Mô tả công nghệ, sơ đồ hoặc quy trình công nghệ để triển khai trong Dự án Qua sự tìm hiểu, thử nghiệm các phương pháp công nghệ hoá rắn, phối trộn và nén ép, chúng tôi quyết định lựa chọn phương án Công nghệ ép gạch (không rung) từ vật liệu phối trộn bằng nước hoạt hóa, trải qua nhiều lần thử nghiệm đã mang lại những kết quả tốt cả về chất lượng cơ lý và môi trường. Sơ đồ công nghệ được tóm tắt ở Hình 1. Khu vực chứa xúc tác FCC đã qua sử dụng Khu vực chứa cát Thùng định lượng Xi măng Hệ thống nước hoạt hoá, đã pha phụ gia Băng tải Băng tải Trục vít Máy trộn Máy phay Máy ép thuỷ lực (2 chiếc máy đơn, sản xuất 2 loại gạch khác nhau), tổng công suất là 2 triệu viên/năm Xe lấy gạch Hình 1. Sơ đồ công nghệ sản xuất gạch không nung từ xúc tác FCC đã qua sử dụng I.2.4.2. Những vấn đề mà Dự án cần giải quyết về công nghệ Các nội dung Dự án cần nghiên cứu bổ sung, hoàn thiện được nêu trong Bảng 1. Bảng 1. Các nội dung nghiên cứu của Dự án (Trích Phụ lục 2 Hợp đồng số 14/2011/HĐ-DASXTN) TT Các nội dung, công việc cụ thể 1 Xây dựng Thuyết minh đề cương chi tiết của Dự án 2 Mua sắm, lắp đặt thiết bị 2.1 2.2 2.3 3 3.1 3.2 Hệ thống cấp nguyên liệu tự động, lấy gạch tự động và hệ bảo dưỡng gạch Sản phẩm phải đạt Đề cương hoàn thiện sau thẩm định kinh phí Dự án. Đảm bảo yêu cầu khoa học, giải quyết mục tiêu cần nhiên cứu. Hệ thống vận hành ổn định với dây chuyền sản xuất hiện có Hệ thống xử lý bụi Hệ thống vận hành ổn định với dây chuyền sản xuất hiện có. Đảm bảo giảm bụi trong khu vực sản xuất. Hệ thống xử lý chất thải nguy hại Hệ thống vận hành ổn định với dây chuyền sản xuất hiện có. Đảm bảo chỉ tiêu thôi nhiễm các kim loại nặng trong sản phẩm nằm trong giới hạn cho phép. Hoàn thiện công nghệ, đào tạo vận hành, khai thác Hoàn thiện công nghệ: Nghiên cứu, thiết kế Hệ thống cấp nguyên liệu tự động Báo cáo chuyên đề, bản vẽ thiết kế và Hệ thống cấp nguyên liệu tự động. Nghiên cứu, thiết kế Hệ thống nén ép, phối màu có thể thay đổi khuôn gạch (hình dạng, màu sắc,…) Báo cáo chuyên đề, bản vẽ thiết kế và Hệ thống nén ép, phối màu. Nghiên cứu, thiết kế Hệ thống xử lý bụi Báo cáo chuyên đề, bản vẽ thiết kế và Hệ thống xử lý bụi. Nghiên cứu lắp đặt Hệ thống xử lý yếu tố nguy hại thành không nguy hại Báo cáo chuyên đề, bản vẽ thiết kế và Hệ thống xử lý chất thải nguy hại. Nghiên cứu thay đổi nguyên liệu đầu vào cho dây chuyền sản xuất gạch Báo cáo chuyên đề về thay đổi nguyên liệu đầu vào, thay đổi tỉ lệ phối trộn xúc tác FCC đã qua sử dụng trong sản phẩm. Đào tạo vận hành, khai thác, tập huấn an toàn lao động: Đào tạo cán bộ công nghệ, công nhân vận hành, tập huấn an toàn lao động, bảo vệ môi trường. Đầu tư cơ sở hạ tầng Nhà xưởng, cơ sở vật chất đảm bảo cho quá trình vận hành dây chuyền sản xuất. 5 Tiếp thị, quảng cáo cho sản phẩm Các hình ảnh, video giới thiệu về công nghệ, sản phẩm gạch không nung của Dự án. 6 Giám định sản phẩm theo các tiêu chuẩn môi trường và tiêu chuẩn xây dựng Bộ số liệu phân tích sản phẩm gạch không nung của Dự án theo các chỉ tiêu, tiêu chuẩn xây dựng và môi trường của cơ quan chuyên môn. 4 I.2.5. Phương án triển khai I.2.5.1. Phương án tổ chức sản xuất thử nghiệm a) Quy mô đầu tư: - Đầu tư xây dựng dây chuyền sản xuất gạch không nung từ xúc tác FCC đã qua sử dụng công suất 2 triệu viên/năm, tương đương với lượng xúc tác FCC đã qua sử dụng hàng năm khoảng 2000 tấn từ Nhà máy lọc dầu Dung Quất. - Dự phòng mở rộng công suất. b) Địa điểm xây dựng và nhu cầu sử dụng đất: - Địa điểm xây dựng: Khu liên hiệp xử lý chất thải Công ty Lilama EME, Bình Nguyên, Bình Sơn, Quảng Ngãi. - Nhu cầu sử dụng mặt bằng: Tổng diện tích sử dụng trên 2000 m2, bao gồm: + Diện tích lắp đặt máy (có mái che): 432 m2 (DxCxR = 36 m x 12 m x 7,5 m) + Diện tích kho xúc tác FCC đã qua sử dụng (có mái che): 144 m 2 (DxCxR = 12 m x 12 m x 7,5 m) + Diện tích chứa cát sông (sân có đổ nền bê tông): 150 m2 + Diện tích để gạch (có mái che): 360 m2 (chứa cho 01 ngày sản xuất) + Diện tích sân phơi gạch (sân san phẳng, lu, lèn): từ 1000 m2 trở lên c) Các trang thiết bị máy móc: như trong Báo cáo tổng kết Dự án. d) Nguyên vật liệu sản xuất: chủ yếu là xúc tác FCC đã qua sử dụng thu gom từ nhà máy lọc dầu, ngoài ra lượng xi măng, cát, phụ gia thì mua ở thị trường. e) Nhân lực cho triển khai Dự án: gồm các công nhân kỹ thuật đã làm việc ở khu xử lý chất thải, ngoài ra còn tuyển dụng và đào tạo các công nhân có tay nghề bậc cao phù hợp với tính chất và quy mô sản xuất. I.2.5.2. Phương án tổ chức tài chính - Tổng vốn thực hiện Dự án: 3.793,340 triệu đồng. Trong đó: + Từ ngân sách sự nghiệp khoa học: 1.130,000 triệu đồng + Vốn tự có của tổ chức chủ trì: 2.663,340 triệu đồng I.2.6. Dự báo nhu cầu thị trường và phương án kinh doanh sản phẩm của Dự án a) Dự báo nhu cầu thị trường: nhu cầu về sử dụng gạch không nung trong thời gian tới là rất lớn. b) Phương án kinh doanh sản phẩm của Dự án: - Phân tích giá thành, giá bán dự kiến của sản phẩm trong thời gian sản xuất thử nghiệm; giá bán khi ổn định sản xuất. - Đầu tư tiếp thị, quảng bá. - Không ngừng cải thiện chất lượng, thay đổi mẫu mã sản phẩm (kích thước, gạch đặc hoặc có lỗ,...) để đa dạng hóa sử dụng và đáp ứng nhu cầu thị hiếu. I.2.7. Sản phẩm của Dự án Sản phẩm của Dự án là dây chuyền sản xuất gạch không nung từ xúc tác FCC đã qua sử dụng. Sản phẩm gạch không nung phải đảm bảo các tiêu chuẩn xây dựng và môi trường. Loại gạch: gạch đặc, kích thước 220x105x55 và 240x115x55 (mm); mác gạch từ 70 trở lên;; độ bền nén trên 70 kg/cm2; độ bền uốn trên 14 kg/cm2; độ hút nước dưới 13 – 14 %; màu sắc: trắng xám. Kích thước, mẫu mã và màu sắc gạch có thể thay đổi tuỳ theo những nhu cầu sử dụng khác nhau. Chương II. THỰC NGHIỆM II.1. Đối tượng nghiên cứu - Chất xúc tác FCC đã qua sử dụng từ Nhà máy lọc dầu Dung Quất và một số nguyên liệu phối trộn khác (cát sông, ximăng, phụ gia). - Dây chuyền công nghệ xản xuất gạch không nung từ chát xúc tác FCC đã qua sử dụng và các nguồn nguyên liệu khác. II.2. Phương pháp nghiên cứu II.2.1. Các phương pháp xác định thành phần và đặc tính cấu trúc vật liệu - Các phương pháp đặc trưng vật liệu: nhiễu xạ tia X (XRD), tán sắc năng lượng tia X (EDX), chụp ảnh hiển vi điện tử quét (SEM), phổ hồng ngoại (IR), phân tích nhiệt (DTA, TGA), hấp phụ - khử hấp phụ N2 ở 77 K. - Phương pháp định lượng kim loại nặng: quang phổ phát xạ nguyên tử cảm ứng plasma (ICP-AES) và phổ hấp thụ nguyên tử (AAS). II.2.2. Phương pháp xử lý, kiểm soát các yếu tố nguy hại trong xúc tác FCC đã qua sử dụng. Công nghệ nước hoạt hóa (AW, activated water) kết hợp với sử dụng chất hấp phụ và trao đổi ion (bentonit). II.2.3. Phương pháp tạo gạch không nung II.2.3.1. Tạo gạch không nung ở quy mô phòng thí nghiệm Tiến hành phối trộn xúc tác sFCC, cát sông và xi măng ở các tỷ lệ khối lượng khác nhau, thêm lượng nước thích hợp, sau đó tiến hành tạo mẫu (mẫu được kí hiệu: FaXbCc với a, b, c lần lượt là phần trăm khối lượng của xúc tác FCC đã qua sử dụng, xi măng và cát). Trong điều kiện thí nghiệm này, mỗi mẫu phối liệu có khối lượng là 2,5 kg, được trộn khô, sau đó thêm vào 500 ml nước (chứa 0,02% thể tích chất phụ gia bê tông), tiếp tục trộn đều. Sau đó, mẫu được nén bằng máy nén thủy lực với lực nén 110 kg/cm 2. Mẫu sau chế tạo được dưỡng ẩm trong thời gian 3 ngày ở trong mát (tưới mẫu 3 lần/ ngày), sau đó phơi khô tự nhiên đủ thời gian 3 tuần tính từ thời điểm chế tạo mẫu. II.2.3.2. Tạo gạch không nung ở quy mô sản xuất thử nghiệm Qua sự tìm hiểu, thử nghiệm các phương pháp công nghệ hoá rắn, phối trộn và nén ép, chúng tôi quyết định lựa chọn phương án công nghệ phối trộn cơ học và nén ép thủy lực không rung (lực nén ép có thể lên đến 130 kg/cm2) với sự có mặt của nước hoạt hóa để sản xuất gạch không nung từ chất xúc tác sFCC cùng một số nguyên liệu khác. Thành phần phối liệu dựa trên cơ sở kết quả nghiên cứu tạo gạch không nung ở quy mô phòng thí nghiệm. Gạch sau khi ép được bảo dưỡng trong mát 3 ngày, sau đó phơi nắng ngoài trời trong 18 ngày. Sơ đồ công nghệ sản xuất gạch không nung từ xúc tác FCC đã qua sử dụng đã được trình bày ở Hình 1 (Mục I.2.4.1). II.2.4. Các phương pháp xác định tình chất cơ lý của sản phẩm gạch không nung - Cường độ nén (Rn, kg/cm2) được xác định theo TCVN 6355-1:1998. - Cường độ uốn (Ru, daN/cm2) được xác định theo TCVN 6355-2:1998. - Độ hút nước của mẫu (Hp, %) được xác định theo TCVN 6355-3:1998. Chương III. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN III.1. Xác định đặc tính của nguyên liệu sử dụng sản xuất gạch không nung III.1.1. Chất xúc tác FCC đã qua sử dụng từ Nhà máy lọc dầu Dung Quất Ảnh SEM của xúc tác FCC đã qua sử dụng được trình bày ở Hình 2a. Quan sát nhận thấy xúc tác FCC đã qua sử dụng rất mịn, các hạt có kích thước không quá 20 m. Như vậy, xúc tác FCC đã qua sử dụng sau khi sử dụng đã bị vỡ vụn so với xúc tác FCC đã qua sử dụng ban đầu (thường có kích thước trung bình khoảng 60-70 m). Cỡ hạt rất nhỏ của xúc tác FCC đã qua sử dụng sẽ tạo cho chúng có độ bám dính rất cao, khó định hình. Tuy nhiên đây cũng là ưu điểm của xúc tác FCC đã qua sử dụng trong vai trò như chất tự chèn cho bê tông khi sử dụng chúng làm nguyên liệu chế tạo các vật liệu nén ép không nung. Thành phần hóa học của xúc tác FCC đã qua sử dụng được xác định theo phương pháp EDX, kết quả được nêu ra trong Hình 2b. Kết quả cho thấy, các oxit trong mẫu xúc tác FCC đã qua sử dụng chủ yếu là Al2O3 và SiO2, với phần trăm khối lượng tương ứng khoảng 50,74% và 43,18%, phù hợp với nguyên liệu tạo gạch không nung hoặc các vật liệu xây dựng họ silicat khác. 001 FeKb TiKsum FeKesc FeKa SKa 200 SLl 300 TiLl 400 SKb 500 TiKesc FeLl FeLa Counts 600 CaKa CaKb 700 Fitting Coefficient : 0.2746 Element(keV) Mass% Error% Atom% O K 0.525 50.26 0.36 63.93 Al K 1.486 26.86 0.19 20.26 Si K 1.739 20.15 0.26 14.60 S K* 2.307 0.40 0.21 0.25 Ca K* 3.690 0.42 0.30 0.21 Ti K* 4.508 0.59 0.37 0.25 Fe K 6.398 1.32 0.65 0.48 Total 100.00 100.00 TiKa SiKa 800 AlKa OKa 900 TiKb 1000 100 0 0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 9.00 10.00 keV (a) (b) Hình 2. (a) Ảnh SEM; (b) Phổ EDX của mẫu xúc tác FCC đã qua sử dụng Giản đồ XRD của mẫu FCC thải được trình bày ở Hình 3a. Kết quả tính từ XRD cho thấy ngoài pha vô định hình, mẫu chứa khoảng 20% khối lượng pha tinh thể zeolit, chủ yếu là zeolit Y (Si/Al = 4,48) với kiểu đối xứng cubic, kích thước ô mạng cơ sở 24,3 Å. So sánh từ hai kết quả EDX và XRD, tính được phần trăm khối lượng của Al2O3 và SiO2 trong pha vô định hình của xúc tác FCC đã qua sử dụng tương ứng khoảng 47,79% và 25,55%. Đây là thành phần quan trọng tạo nên độ kết dính khi phối liệu chúng với các hợp phần khác trong vật liệu nén ép không nung. Độ bền nhiệt và sự thay đổi cấu trúc của xúc tác FCC đã qua sử dụng thải được khảo sát bằng phương pháp phân tích nhiệt. Hình 3b là giản đồ phân tích nhiệt TGA-DTA của mẫu xúc tác FCC đã qua sử dụng. Kết quả phân tích nhiệt cho thấy xúc tác FCC đã qua sử dụng khi hợp phần vào gạch không nung sẽ đảm bảo được tính bền nhiệt cho các công trình xây dựng. Faculty of Chemistry, HUS, VNU, D8 ADVANCE-Bruker - Mau Zeolite 300 290 280 270 260 250 240 d=14.109 230 220 210 200 190 180 160 150 100 90 d=3.710 d=3.349 d=8.608 110 d=7.340 120 d=4.666 d=5.581 130 d=4.302 140 d=5.416 Lin (Cps) 170 80 70 60 50 40 30 20 10 0 5 10 20 30 40 2-Theta - Scale ` - File: Hung QN mau Zeolite.raw - Type: Locked Coupled - Start: 5.000 ° - End: 45.000 ° - Step: 0.020 ° - Step time: 0.8 s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: 20 s - 2-Theta: 5.000 ° - Theta: 2.500 ° - Chi: 01-088-2287 (C) - Aluminum Silicate - (Al1.79Al.5Si10.25O24).96 - Y: 93.02 % - d x by: 1. - WL: 1.5406 - Cubic - a 24.30000 - b 24.30000 - c 24.30000 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 90.000 - Face-c (a) (b) Hình 3. (a) Giản đồ XRD; (b) Giản đồ phân tích nhiệt của xúc tác FCC đã qua sử dụng Như vậy, thành phần chính của chất thải xúc tác FCC vẫn là SiO 2, Al2O3 tương tự như các hợp chất aluminosilicat trong vật liệu xây dựng. Vì thế, việc tái chế để tạo gạch không nung trong xây dựng là rất cần thiết, có cơ sở khoa học và khả thi. III.1.2. Các nguyên liệu phối trộn khác - Xi măng Portland PC40. - Cát: được lấy từ sông Trà Khúc (Quảng Ngãi), kết quả phân tích XRD cho thấy, thành phần chính là pha quartz (SiO2), chiếm đến 94,3%. Với các mẫu đóng rắn không nung, khoáng SiO2 chủ yếu làm cốt liệu và có thể tương tác với các thành phần kiềm trong xi măng. - Phụ gia Vinkems® CONREX HS: thành phần gồm các polynaphthalene tổng hợp hiệu quả cao, phù hợp với tiêu chuẩn ASTM C494 loại F. Vinkems ® CONREX HS có tác dụng làm cho bê tông đặc chắc, đạt cường độ sớm ban đầu và tăng cường độ cuối cùng. III.2. Nghiên cứu sự thay đổi nguyên liệu đầu vào cho dây chuyền sản xuất gạch không nung III.2.1. Thay đổi tỉ lệ phối trộn xúc tác sFCC (cố định hàm lượng xi măng) Ảnh hưởng của tỉ lệ phối liệu được khảo sát trên 2 nhóm mẫu: nhóm mẫu không dùng phụ gia được kí hiệu từ F 25X10C65 đến F45X10C45 và nhóm mẫu dùng phụ gia được kí hiệu từ F25X10C65-(p) đến F45X10C45-(p). Sau khi dưỡng ẩm mẫu, tiến hành khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ hàm lượng phối liệu và thời gian đóng rắn đến độ hút nước Hp (%) và độ bền nén Rn (kg/cm2) của 2 nhóm mẫu, kết quả được thể hiện ở Bảng 2 và Bảng 3. Bảng 2. Ảnh hưởng của hàm lượng phối liệu và thời gian đóng rắn (mẫu không dùng phụ gia, lực ép 110 kg/cm2) Thời gian Thông số F25X10C65 F30X10C60 F35X10C55 F40X10C50 F45X10C45 Tuần 1 Tuần 3 Hp% 20,2 22,18 24,94 25,48 26,14 Rn (kg/cm2) 41,67 40,15 42,14 39,84 38 Hp% 19.21 21,38 22.04 23.11% 24.64 Rn (kg/cm2) 51.26 46,84 48,51 41,89 40,92 Bảng 3. Ảnh hưởng của hàm lượng phối liệu và thời gian đóng rắn (mẫu dùng phụ gia, lực ép 110 kg/cm2) Thời gian Tuần 1 Tuần 3 Thông số F25X10C65(p) F30X10C60(p) F35X10C55(p) F40X10C50(p) F45X10C45(p) Hp (%) 21,54 22,33 20,94 24,21 25,01 Rn (kg/cm2) 56,55 40,09 53,57 21,34 26,6 Hp(%) 14,6 14,73 11,8 18,4 20,4 Rn (kg/cm2) 75,5 68 85 39,4 28,35 Kết quả ở Bảng 2 và 3 cho thấy, các mẫu dùng phụ gia có độ bền nén (R n) cao hơn và độ hút nước (Hp) ở tuần thứ 3 thấp hơn đáng kể so với các mẫu không dùng phụ gia. Khi tăng hàm lượng sFCC trong phối liệu, xu hướng chung là độ hút nước tăng dần và cường độ nén thì giảm dần. Tuy nhiên, điều thú vị rút ra từ Bảng 3 là mẫu F 35X10C55-(p) có cường độ nén đạt giá trị lớn nhất và độ hút nước đạt giá trị bé nhất. Điều này được quan sát rõ hơn trong đồ thị Hình 4 trong trường hợp mẫu có sử dụng phụ gia sau 1 tuần và 3 tuần dưỡng ẩm. Độ bền nén có xu hướng đạt cực đại tại mẫu F 35X10C55-(p) ứng với hàm lượng 35% khối lượng sFCC trong nguyên liệu đầu. Tuần 3 Tuần 1 Hình 4. Cường độ nén biến đổi theo hàm lượng xúc tác FCC đã qua sử dụng (cố định % xi măng) III.2.2. Thay đổi tỉ lệ phối trộn xi măng (cố định hàm lượng xúc tác sFCC) Cố định hàm lượng xúc tác sFCC, nhưng thay đổi hàm lượng xi măng từ 8 – 12% khối lượng và khảo sát ảnh hưởng của chúng đến chất lượng sản phẩm. Quy trình tạo mẫu và dưỡng ẩm như trên. Kết quả xác định độ bền nén Rn (kg/cm2) được thể hiện ở Hình 5. Kết quả ở Hình 5 cho thấy trong khoảng hàm lượng xi măng khảo sát, cường độ nén đạt cực đại tại mẫu F 35X10C55-(p), ứng với hàm lượng xi măng 10%. Hình 5. Cường độ nén biến đổi theo hàm lượng xi măng (cố định % sFCC) Từ các kết quả thực nghiệm nêu trên, chúng tôi cho rằng tỉ lệ khối lượng phối liệu phù hợp cho quá trình đóng rắn là 35% xúc tác FCC đã qua sử dụng, 10% xi măng, 55% cát, 0,02% chất phụ gia (ứng với mẫu F 35X10C55). Kết quả đo đặc tính cơ lý đối với mẫu F35X10C55-(p): cường độ nén Rn = 85 (kg/cm2); cường độ uốn Ru = 15,2 (daN/cm2) và độ hút nước 11,8%; đạt được mác gạch M75 theo TCVN 6477:2011 đối với gạch bê tông xây dựng. III.3. Nghiên cứu xử lý và kiểm soát yếu tố nguy hại của xúc tác FCC đã qua sử dụng trong sản xuất gạch không nung Phối trộn nguyên liệu theo tỉ lệ khối lượng: 35% xúc tác FCC đã qua sử dụng, 10% xi măng, 55% cát, 0,02% chất phụ gia đông cứng nhanh. Đây là tỉ lệ phù hợp theo các nghiên cứu nêu trên để sản phẩm gạch đạt các tiêu chuẩn cơ lý về vật liệu xây dựng. Tiến hành khảo sát kết quả xử lý các yếu tố nguy hại của xúc tác FCC đã qua sử dụng trong gạch bằng công nghệ nước hoạt hóa và trao đổi ion bằng bentonit. III.3.1. Kết quả phân tích kim loại nặng Kết quả phân tích hàm lượng kim loại của mẫu xúc tác FCC đã qua sử dụng từ Nhà máy lọc dầu Dung Quất được nêu ra ở Bảng 4. Bảng số liệu cho thấy, hàm lượng một số kim loại nặng độc hại có hàm lượng rất cao như Ni – 4160,9 ppm, Pb – 33,6 ppm, V – 496,4 ppm,… có thể gây thôi nhiễm kim loại nặng trong nước mặt và nước ngầm. Vì vậy, các yếu tố nguy hại này cần phải được xử lý khi sử dụng chúng để ép gạch không không nung. Bảng 4. Thành phần các kim loại và oxit kim loại trong xúc tác FCC đã qua sử dụng III.3.2. Xử lý bằng công nghệ nước hoạt hóa Tiến hành khảo sát song song hai mẫu gạch (một mẫu dùng nước thường kí hiệu F35X10C55-(t), và một mẫu dùng nước hoạt hóa kí hiệu F35X10C55-(n)) theo thành phần tối ưu với quy trình bảo dưỡng gạch như ở các nghiên cứu trước, sau đó tiến hành xác định độ thôi nhiễm kim loại nặng theo phương pháp ngâm chiết (ngâm mẫu trong axit acetic 4% trong 24 giờ) rồi đem so sánh với giới hạn kim loại nặng cho phép trong đất dân sinh của Bộ tài nguyên môi trường (QCVN 03:2008/BTNMT). Kết quả được trình bày trong Bảng 5 và 6. Bảng 5. Độ thôi nhiễm kim loại nặng từ mẫu F35X10C55-(t) STT Chỉ tiêu Phương pháp thử mẫu F35X10C55-(t) Đơn vị Kết quả QCVN 03:2008/BTNMT 01 Pb TCNB: 01-ICP/04 ppm 496,4 120 02 Cd TCNB: 01-ICP/04 ppm <2 5 03 As TCNB: 01-ICP/04 ppm < 20 12 04 Sb TCNB: 01-ICP/04 ppm 23.2 100 05 Ni TCNB: 01-ICP/04 ppm 4160,9 25-150 06 V TCNB: 01-ICP/04 ppm 496 100 Từ kết quả ở Bảng 5 ta thấy, với mẫu F35X10C55-(t) độ thôi nhiễm một số kim loại nặng (Pb, N, V) tương đối cao so với tiêu chuẩn cho phép. Bảng 6 cho thấy mẫu F35X10C55-(n) sau khi được xử lý bằng nước hoạt hóa độ thôi nhiễm kim loại nặng đã giảm đáng kể. Tuy nhiên, hàm lượng niken vẫn còn cao hơn một ít so với tiêu chuẩn cho phép. Bảng 6. Độ thôi nhiễm kim loại nặng từ mẫu F35X10C55-(n) STT Chỉ tiêu Phương pháp thử mẫu F35X10C55-(n) Đơn vị Kết quả QCVN 03:2008/BTNMT 01 Pb TCNB: 01-ICP/04 ppm 20.7 120 02 Cd TCNB: 01-ICP/04 ppm <2 5 03 As TCNB: 01-ICP/04 ppm <2 12 04 Sb TCNB: 01-ICP/04 ppm < 10 100 05 Ni TCNB: 01-ICP/04 ppm 167,5 25 - 150 06 V TCNB: 01-ICP/04 ppm 22,54 100 III.3.3. Xử lý kết hợp bằng bentonit Để xử lý hàm lượng kim loại nặng còn lại trong mẫu F 35X10C55-(n), chúng tôi sử dụng bổ sung 1% bentonit (theo khối lượng phối liệu), kí hiệu mẫu F35X10C55-(n+b). Sau đó, tiến hành khảo sát độ thôi nhiễm kim loại nặng theo phương pháp ngâm chiết. Kết quả được thể hiện ở Bảng 7. Bảng 7. Độ thôi nhiễm kim loại nặng từ mẫu F35X10C55-(n+b) STT Chỉ tiêu Phương pháp thử Đơn vị Kết quả QCVN 03:2008/BTNMT Mẫu F35X10C55-(n+b) được ngâm bằng dung dịch axit acetic 4% trong 24 giờ 01 Pb TCNB: 01-ICP/04 ppm 17.6 120 02 Cd TCNB: 01-ICP/04 ppm <2 5 03 As TCNB: 01-ICP/04 ppm <2 12 04 Sb TCNB: 01-ICP/04 ppm < 10 100 05 Ni TCNB: 01-ICP/04 ppm 126,04 25 - 150 06 V TCNB: 01-ICP/04 ppm 17,8 100 Kết quả ở Bảng 7 cho thấy, hàm lượng kim loại nặng trong mẫu F35X10C55-(n+b) đã đáp ứng được tiêu chuẩn QCVN 03:2008/BTNMT. Bằng công nghệ nước hoạt hóa kết hợp với chất hấp phụ trao đổi ion, nguy cơ thôi nhiễm các kim loại nặng từ xúc tác FCC đã qua sử dụng đã được giải quyết triệt để. Sản phẩm gạch từ mẫu F35X10C55-(n+b) đạt cường độ nén Rn = 89,5 (kg/cm2); cường độ uốn Ru = 16,3 (daN/cm2) và độ hút nước 12,4%; đảm bảo được yêu cầu về tính chất cơ lý và môi trường theo quy định. III.4. Đề xuất và triển khai dây chuyền sản xuất gạch không nung từ xúc tác FCC đã qua sử dụng Từ các kết quả nghiên cứu nêu trên, chúng tôi đề xuất, xây dựng và triển khai dây chuyền sản xuất thử nghiệm gạch không nung từ xúc tác FCC đã qua sử dụng, công suất 2 triệu viên/năm, theo phương án Công nghệ ép gạch (không rung) từ vật liệu phối trộn bằng nước hoạt hóa. Dây chuyền công nghệ đã được trình bày ở Hình 1 (Mục 1.2.4.1). Thành phần phối liệu (theo phần trăm khối lượng) bao gồm: - Xúc tác FCC đã qua sử dụng: 30÷35%; - Cát: 55÷60%; - Ximăng PC40: 10÷15%; - Nước hoạt hoá: chiếm 10% tổng khối lượng thành phần khô của viên gạch (nước hoạt hóa có pha 0,02% thể tích chất phụ gia đông cứng nhanh); - Bentonit: 1%. Khối lượng trộn 01 mẻ: 550 kg Thời gian trộn trung bình cho 01 mẻ hoạt động liên tục: khoảng 15 phút. Tính năng kỹ thuật của dây chuyền: - Năng suất khoảng 2 triệu viên/năm, tốc độ lớn nhất khoảng 16 viên/phút. - Tổng công suất dây chuyền: 35 KW (hoạt động không liên tục); 3 pha; 380V (công suất đuợc hiểu là bao gồm công suất máy ép gạch, hệ băng tải chuyển động, công suất máy phay, máy trộn, hệ thống cân điện tử, bơm nước…). - Tiêu thụ điện cho thiết bị (tính cho sản xuất thử nghiệm 1 năm): 87.360 KW. - Tiêu thụ nước cho sản xuất (tính cho sản xuất thử nghiệm 1 năm): 440 m3. - Hệ thống lắp đặt đồng bộ phần định lượng, trộn, phay và ép thuỷ lực hoạt động tự động, còn phần cấp liệu vào và lấy gạch sau ép: bằng tay.