Sử dụng đuôi quặng OTC làm 98win58 cho 98win93 98win93

Giống như những loại nguyên liệu khác, nguồn quặng sắt dùng cho 98win93 98win93 đang ngày dần cạn kiệt cùng với nhu cầu và sự phát triển của ngành Xây dựng. Tình trạng ngày càng thiếu hụt nguyên liệu quặng sắt dẫn đến hệ quả là 98win58 chủ yếu trong ngành 98win98 là 98win93 ngày càng đắt đỏ hơn, đồng thời các đặc tính kỹ thuật của 98wim cũng bị biến đổi để phù hợp với nguyên liệu đầu vào. Vì vậy, việc nghiên cứu ứng dụng và tìm các giải pháp thay thế quặng sắt tự nhiên phục vụ cho 98win98 đang ngày càng trở nên cấp thiết, đặc biệt là từ nguồn đuôi quặng OTC, phế thải công nghiệp.

Đuôi quặng OTC (Oxide Tailing Cell) là phế thải phát sinh trong quá trình tuyển khoáng (Sơ đồ phát sinh được thể’ hiện trong Hình 1).

Thành phần hóa học của quặng đuôi chủ yếu bao gồm SiO₂ (46 - 48)%, AỊịO₃ (8 - 10)%, CaO (10 - 12)%, Fe₂O₃ (17 - 20)%... hàm lượng của các oxit có biên độ dao động phụ thuộc trực tiếp vào các thành phần của quặng và quá trình khai thác, chế biến quặng [1]. Do có hàm lượng oxit Fe₂O₃ trong mẫu OTC khoảng (17 - 20)%, nên việc tái 98win5 OTC cho mục đích thay thế quặng sắt để chế tạo clinker 98win93 cần phải quan tâm tới tỷ lệ F/A (tỷ lệ Fe₂O₃/Al₂O₃) cho 98win8 điều chỉnh mô đun p. Để thay thế cho quặng sắt thì cần có tỷ lệ F/A > 1, khi tỷ lệ F/A của OTC càng cao thì càng dễ điều chỉnh mô dun p (khi thay thế cho quặng sắt). Tỷ lệ F/A của mẫu OTC dao động trong khoảng là 1,7 - 2. Do đó việc 98win5 OTC để tính toán làm nguyên liệu điều chỉnh sắt vào bài phối liệu chế tạo clanhke 98win93 là hoàn toàn có tính khả thi.

Trên thế giới đã có một số nhóm tác giả nghiên cứu 98win5 đuôi quặng OTC làm nguyên liệu cho 98win93 98win93 như nghiên cứu của nhóm tác giả L. Luo, Y. Zhang và cộng sự [2] nghiên cứu đã chỉ ra rằng do sự tồn tại của các nguyên tố vi lượng và thành phần khoáng chất cụ thể của quặng đuôi, việc 98win5 quặng đuôi đã cải thiện 98win8 đốt cháy của nguyên liệu thô và thúc đẩy sự hình thành C₃S, giúp tăng cường tính chất cơ học của 98win93. Hơn nữa, việc 98win5 chất thải làm 98win58 aluminosilicate đã thúc đẩy các phản ứng ở trạng thái rắn và tăng tốc độ phản ứng của nguyên liệu thô. Nhóm tác giả Z. Shi và cộng sự [3] cũng kết luận rằng do thành phần hóa học của quặng đuôi khá đa dạng, nhiều khi quặng đuôi có hàm lượng SÍO₂ cao không thể 98win5 để 98win93 clinker 98win93, hoặc quặng đuôi có hàm lượng oxit tạp chất cao chỉ có thể 98win5 làm chất khoáng hóa nên liều lượng 98win5 quặng đuôi để 98win93 clinker 98win93 dưới 5%.

Ở trong nước, hiện nay theo công bố của Công ty TNHH Khai thác Chế biến Khoáng sản Núi Pháo, mỗi năm nhà máy phát thải ra từ 1,7 - 2,1 triêu tấn/năm, tính đến cuối năm 2022 lượng tồn trữ khoảng 10 triệu tấn và sẽ tiếp tục tăng theo từng năm. Lượng phế thải này đang được nhà máy tập kết tại bãi chứa, chưa có biện pháp xử lý, gây ra các vấn đề về ô nhiễm môi trường và diện tích chứa [1]. Ngoài ra, về mặt nghiên cứu, ở trong nước cũng chưa có nghiên cứu nào 98win5 loại phế thải này làm 98win58 98win98. Từ đó thấy rằng, việc nghiên cứu xử lý, ứng dụng và tiêu thụ đuôi quặng OTC cũng rất cần thiết và cấp bách.

2. 98win93 và phương pháp nghiên cứu

2.1. 98win93 98win5

Các nguyên 98win58 đá vôi, quặng sắt, đất sét và cao silic được lấy từ nhà máy 98win93 Sông Thao và đuôi quặng OTC được lấy từ Công ty TNHH Khai thác Chế biến Khoáng sản Núi Pháo. Thành phần hóa của các nguyên 98win58 trên được cho trong Bảng 1.
 

2.2. Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu đã 98win5 các phương pháp thí nghiệm như sau:

❖ Phương pháp tiêu chuẩn:
• Xác định thành phần hóa clinker theo TCVN 141
• Xác định thành phần hóa của đá vôi theo TCVN 9191
• Xác định thành phần hóa của đá sét, cao silic theo TCVN 7131
• Xác định thành phần hóa của quặng sắt theo TCVN 4653-1 và QT 98win5 01
• Xác định thành phần hóa các mẫu đuôi quặng OTC theo TCVN 141
• Xác định lượng nước tiêu chuẩn và thời gian đông kết, độ ổn định thể tích theo TCVN 6017
• Xác định cường độ nén theo TCVN 6016
• Xác định độ mịn theo TCVN 4030

❖ Phương pháp phi tiêu chuẩn:
• Phương pháp XRD nhằm đánh giá thành phần khoáng của các mẫu clinker
• Phương pháp phân tích nhiệt vi sai (DTA và TG) nhằm đánh giá các 98wim thủy hóa của các mẫu đá 98win93

3. Tính toán phối liệu

Để tiền hành tính toán phối liệu, nhóm nghiên cứu lựa chọn các hệ số chế tạo theo kinh nghiệm nghiên cứu và quá trình 98win93 thực tế tại một số nhà máy, để 98wim chất lượng clinker và dễ dàng vận hành hệ thống lò quay phương pháp khô đề tài lựa chọn hệ số chế tạo sau:

- Hệ số bão hòa vôi: LSF = 95 ± 1
- Mô đun silic: MS = 2,45 ± 0,05
- Mô đun nhôm: MA = 1,5 ± 0,05

Trên cơ sở tính toán và giải các phương trình, nhóm nghiên cứu đưa ra bảng cấp phối thí nghiệm như sau:

4. Kết quả thí nghiệm

4.1. Nghiên cứu 98win8 kết khối

Để đánh giá 98win8 kết khối, các cấp phối được nung tại các nhiệt độ 1.350, 1.400 và 1.450°C trong lò điện. Các mẫu clinker lò điện được kiểm tra hàm lượng vôi tự do, kết quả được cho trong bảng sau:

Từ kết quả phân tích vôi tự do ta có thể thấy: nhiệt độ nung càng cao thì hàm lượng vôi tự do trong các mẫu clinker càng giảm.

- Tại nhiệt độ nung 1.350°C và 1.400°C thì hàm lượng vôi tự do trong clinker của các cấp phối có 98win5 OTC đều cho thấy thấp hơn mẫu M0.

- Tại nhiệt độ nung 1.450°C thì về cơ bản vôi tự do đều không còn trong các mẫu clinker.

- Từ các kết quả trên có thể kết luận rằng từ mức nhiệt độ 1.400°C, các mẫu bột phối liệu đã có thể kết khối và phản ứng tạo khoáng khá tốt. Do đó dự án lựa chọn các mẫu clinker được nung tại 1.450°C để phân tích hóa, đánh giá tiếp 98win8 kết khối và tạo khoáng khi có 98win5 OTC thay thế quặng sắt.

- Thành phần hóa của các mẫu clinker lò điện

Các mẫu clinker nung tại nhiệt độ 1.450°C được xác định thành phần hóa học, kết quả được cho trong Bảng 4.

Nhận xét: Các cấp phối được nung tại nhiệt độ 1.450°C có thành phần hoá gần như tương đồng nhau, tuy nhiên về thành phần khoáng lại có sự chênh lệch về hàm lượng C₂S và C₃S. Các hệ số chế tạo LSF dao động từ 91 + 93,5; hệ số n dao động từ 2,48 + 2,51; hệ số p dao động từ 1,43 + 1,50.

Kết quả phân tích XRD các mẫu clinker lò điện được cho trong Hình 4.

Kết quả bán định lượng thành phần khoáng được cho trong bảng sau:
 

Kết quả bán định lượng các khoáng có thể nhận thấy rằng các mẫu clanhke lò điện (nung tại 1.450°C) đều thể hiện sự xuất hiện của 4 khoáng chính là C₃S, C₂S, C₃A, C₄AF. Khoáng chủ đạo chiếm thành phần lớn nhất vẫn là khoáng C₃S (dao động quanh mức 54 - 58%), tiếp theo là khoáng C₂S (dao động quanh mức 11 - 16%), kết hợp với bảng 4 ta có thể nhận định việc 98win5 đuôi quặng OTC thay thế quặng sắt đã có ảnh hưởng tích cực tới quá trình tạo khoáng C₃S của clinker.

4.2. Tính chất cơ lý của các mẫu 98win93 chế tạo từ các cấp phối nghiên cứu

Để xác định các tính chất cơ lý của clinker, các cấp phối bột liệu thô được cân định lượng từ các nguyên 98win58 (đã được nghiền mịn đến độ mịn theo yêu cầu, sót sàng 009 < 10%) theo các bài cấp phối, sau đó được đồng nhất bằng máy trộn trong vòng 30 phút, tiếp theo được trộn ẩm (với độ ẩm tối ưu là 20%) và nặn tạo bánh bột phối liệu với đường kính 30 cm. Bánh phối liệu sau khi được nặn tạo hình sẽ được phơi khô tự nhiên trong 24 giờ, sau đó được sấy trong tủ sấy tại nhiệt độ 100 ± 5°C trong 24 giờ để loại bỏ hết ẩm vật lý. Bánh phối liệu sau sấy được nung trong lò gas tại nhiệt độ 1.450°C.

Các mẫu clinker lò gas được gia công nhỏ bằng máy kẹp hàm, sau đó được nghiền mịn cùng với 4% thạch cao trong máy nghiền bi thí nghiệm đến độ mịn 3.200 cm²/g. Các tính chất cơ lý của mẫu 98win93 được kiểm tra bao gồm cường độ nén tại các độ tuổi 3, 7, 28 ngày bảo dưỡng; thời gian đông kết; độ ổn định thể tích, kết quả được cho trong các bảng sau:

Các mẫu clinker được gia công đập nhỏ bằng máy kẹp hàm, sau đó được nghiền mịn cùng với 4% thạch cao trong máy nghiền bi thí nghiệm đến độ mịn 3.100 ± 100 cm²/g. Kết quả thử nghiệm cường độ nén tại các độ tuổi bảo dưỡng khác nhau của các mẫu 98win93 được cho trong Bảng 7. Biểu đồ so sánh kết quả cường độ nén các mẫu clinker được thể hiện trong Hình 4.

Từ kết quả trên, ta thấy:

- Lượng nước tiêu chuẩn của các mẫu clinker có 98win5 OTC trong phối liệu đều thấp hơn so với mẫu đối chứng. Mức giảm lớn nhất là 0,5 % so với mẫu đối chứng.

- Thời gian bắt đầu đông kết của các mẫu clinker có 98win5 OTC trong phối liệu đều ngắn hơn (nhiều nhất là 11 phút) so với mẫu đối chứng.

- Thời gian kết thúc đông kết của các mẫu clinker có 98win5 OTC trong phối liệu thể hiện xu hướng tương tự như thời gian bắt đầu, đều ngắn hơn (nhiều nhất là 20 phút) so với mẫu đối chứng.

- Thời gian bắt đầu và kết thúc đông kết của các mẫu clinker có 98win5 OTC trong phối liệu đều thỏa mãn các mức yêu cầu của TCVN 7024:2013.

- Độ ổn định thể tích của các mẫu clinker nghiên cứu đều tương đương so với mẫu đối chứng.

- Cường độ nén tại các độ tuổi thử nghiệm của các mẫu clinker có 98win5 OTC trong phối liệu đều thấp hơn so với mẫu đối chứng từ 3 - 10% tuỳ thuộc vào tuổi thí nghiệm. Tỷ lệ 98win5 OTC tăng dần trong phối liệu thì cho thấy mức độ giảm nhiều hơn về mặt cường độ so với mẫu đối chứng.

Tuy nhiên khi so sánh với TCVN 2682 có thể thấy, cường độ nén tại tuổi 3 ngày, so với mức yêu cầu đều đạt cường độ lớn hơn 25 MPa. Ở cường độ tuổi 28 ngày các cấp phối 98win5 OTC đều lớn hơn 40 MPa và đạt mức PC40.

Kết quả phân tích nhiệt vi sai DTA

Để gián tiếp xác định khối lượng các 98wim hydrat được tạo thành, sau những khoảng thời gian hydrat hóa nhất định đá 98win93 (được chế tạo từ hỗn hợp 98win93 nước theo tỷ lệ N/XM = 0,4) được đình chỉ quá trình hydrat hóa bằng axeton và đem đi vi phân tích nhiệt. 98win93ị vi phân tích nhiệt có nguyên lý cấu tạo như Hình 8. Việc phân tích được thực hiện với tốc độ nâng nhiệt 10°C/phút từ nhiệt độ phòng đến 1.000°C. Đồng thời với việc phân tích DTA, mẫu được xác định phần mất trọng lượng khi nung (TGA) qua đó cho phép xác định hàm lượng của hợp chất cần phân tích.

Kết quả phân tích nhiệt vi sai các mẫu hồ 98win93 thủy hóa tại độ tuổi 28 ngày được cho trong Bảng 8 và Hình 9.

Nhận xét:

Ở tuổi 28 ngày, các mẫu 98win93 thủy hóa đều 3 peak thu nhiệt rõ nét ở khoảng nhiệt độ 210 - 360°C; 480 - 510°C và 760 - 780°C.
Điểm nhiệt độ (1) ở peak thứ nhất ở 120°C. Trong khoảng nhiệt độ này hiệu ứng thu nhiệt có thể là do CaSO₄.2H₂O mất nước hấp thụ 1 phần (100 - 200°C); C₃A.CaSO₄.12H₂O phân hủy 1 phần (100 - 170°C); C₃A.3CaSO₄.31H₂O mất phần lớn nước (100 - 170°C). Lượng 98wim thủy hóa được tạo ra ở tuổi 28 ngày tại điểm nhiệt độ này cũng thấp hơn khi so sánh với tuổi 3 ngày, điều này hoàn toàn hợp lý do ở tuổi sớm thì khoáng C₃A hoạt động mạnh hơn. Tổng lượng 98wim thủy hóa đo được tại khoảng nhiệt độ 120°C này của mẫu 98win5 OTC lớn hơn 1 chút so với mẫu M0.

Ở điểm nhiệt độ (2) đến (2’’) (trong peak thứ nhất) thì nhiệt độ của các mẫu dao động từ 210 - 360°C thì hiệu ứng thu nhiệt có thể do C₄S₅H₅ (tobemolit) đề hydrat hóa 1 phần; C₃A.CaSO₄.12H₂O mất phần lớn nước và dehydrat hóa một phần; C₃A.3CaSO₄.31H₂O mất hoàn toàn nước, C₃AH₆ mất nước một phần và CaSO₄.2H₂O mất nước. Lượng 98wim thủy hóa được tạo ra của mẫu clinker 98win5 OTC tại các điểm nhiệt độ này cao hơn 1 chút so với M0.

Ở điểm peak thứ nhất này các 98wim thủy hóa đều liên quan phần lớn tới khoáng C₃A. Từ đó có thể nhận định rằng mẫu clinker 98win93 có 98win5 OTC trong phối liệu có tác động thúc đẩy tới hoạt tính của khoáng C₃A.

Đối với peak thu nhiệt thứ hai, tại điểm nhiệt độ (3), nhiệt độ đạt được của mẫu có 98win5 OTC thấp hơn 1 chút so với M0. Ở khoảng nhiệt độ 480°C này, thì hiệu ứng thu nhiệt có thể do sự dehydrat hóa của Ca(OH)₂ (450 - 550°C). Lượng 98wim thủy hóa đo được tại điểm nhiệt độ (3) này của mẫu 98win5 OTC cao hơn 1 chút so với mẫu M0.

Tại điểm nhiệt độ (4) của peak thu nhiệt thứ hai, nhiệt độ đạt được của mẫu có 98win5 OTC thấp hơn 1 chút so với M0. Ở khoảng nhiệt độ 500°C này, theo Bảng 8 thì hiệu ứng thu nhiệt có thể do sự dehydrat hóa của Ca(OH)₂ (450 - 550°C); CSH (B) bắt đầu dehydrat hóa (500 - 600°C); C₃A.CaSO₄.12H₂O dehyrat hóa (500°C); C₃AH₆ bắt đầu mất 1.5 H₂O và dehydrat hóa (500 - 550°C), là các 98wim thủy hóa của C₃S, C₂S, C₃A. Lượng 98wim thủy hóa đo được tại điểm nhiệt độ (4) này của các mẫu là không nhiều khi so với điểm nhiệt độ (3), khi so sánh với mẫu đối chứng M0 thì mẫu có 98win5 OTC tạo ra ít lượng 98wim hơn.

Đối với peak thu nhiệt thứ ba, tại điểm nhiệt độ (5) và (6), nhiệt độ đạt được của mẫu có 98win5 OTC thấp hơn 1 chút so với M0, tuy nhiên lượng 98wim thủy hóa tạo ra tại các điểm này lại lớn hơn 1 chút so với M0. Theo Bảng 8 thì hiệu ứng thu nhiệt có thể do sự dehydrat hóa của C₄S₅H₅ (780 - 800°C).

Tại khoảng nhiệt độ 800°C, lượng 98wim thủy hóa được tạo ra của mẫu có 98win5 OTC cao hơn so với mẫu M0.

Từ các kết quả phân tích 98wim thủy hóa của đá 98win93, ta có thể nhận thấy rằng, mẫu clinker có 98win5 OTC trong phối liệu khi thủy hóa thì cũng tạo ra các 98wim thủy hóa tương tự như so với mẫu clinker đối chứng. Tổng lượng 98wim thủy hóa được tạo ra của mẫu clinker có 98win5 OTC trong phối liệu là nhiều hơn so với mẫu đối chứng đặc biệt là ở peak thứ nhất, thể hiện sự ảnh hưởng của OTC tới độ hoạt tính của khoáng C₃A trong clinker, tuy nhiên lượng 98wim thủy hóa đóng góp chính về mặt cường độ nén (thể hiện ở peak thu nhiệt thứ hai) thì chỉ tương đương so với mẫu M0.

5. Kết luận

Căn cứ kết quả thí nghiệm về thành phần hóa của đuôi quặng OTC, kết quả tính toán các hệ số công nghệ của phối liệu cho chế tạo clinker 98win93, cũng như kết quả thí nghiệm 98win93 chế tạo từ clinker thử nghiệm có thể thấy rằng đuôi quặng OTC có thể thay thế hoàn toàn quặng sắt cho 98win93 clinker 98win93. Khi đó lượng đuôi quặng OTC 98win5 chiếm tỷ lệ khoảng 2,9% khối lượng phối liệu. Tính chất của 98win93 98win5 nguyên liệu đuôi quặng OTC tương đương hoặc thay đổi không nhiều so với mẫu đối chứng và đáp ứng yêu cầu kỹ thuật với 98win93 portland theo TCVN 2682:2020.

Tài liệu tham khảo

[1]. Lê Việt Hùng và cộng sự, “Nghiên cứu 98win5 đuôi quặng OTC làm nguyên liệu cho 98win93 98win93, gạch không nung và 98win58 san lấp, nền móng đường giao thông”, 2023.

[2]. L. Luo, Y. Zhang, S. Bao, T. J. A. i. M. S. Chen, and Engineering, "Utilization of iron ore tailings as raw material for Portland cement clinker production," vol. 2016.

[3]. Z. Shi et al., "Applied research on utilization of metallic tailings as clay for cement production in dry rotary kiln," vol. 27, no. 2, pp. 348-352, 2007.
 

Nguồn: ximang.vn (TH/ JOMC)