Chiết xuất SiO₂ tinh khiết từ tro nhà máy nhiệt điện than

Download

Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất Tập 60, Kỳ 1 (2019) 26 - 33

Chiết xuất SiO₂tinh khiết từ tro nhà máy nhiệt điện than

Vũ Đình Hiếu ^1,*, Bùi Hoàng Bắc ²

¹Khoa Mỏ, Trường Đại học Mỏ - Địa chất, Việt Nam

²Khoa Khoa học Địa chất, Trường Đại học Mỏ - Địa chất, Việt Nam

THÔNG TIN BÀI BÁO

TÓM TẮT

Quá trình:

Trong nghiên cứu này, SiO₂tinh khiết được chiết xuất từ tro nhà máy nhiệt

điện sau khi tổng hợp alumino-silicate. Các điều kiện tối ưu để thu được SiO₂

tinh khiết là nhiệt độ 200^oC, tỷ lệ tro/NaOH là 1:30, thời gian phản ứng là 24

giờ. Việc chiết xuất thành công SiO₂từ tro thải là một cách hiệu quả để tận

dụng nguồn tro thải và bảo vệ môi trường.

Nhận bài 14/11/2018

Chấp nhận 20/12/2018

Đăng online 28/02/2019

Từ khóa:

Tro thải

Chiết suất

SiO₂

rất cần thiết và hữu ích. Mặt khác, các vật liệu xốp

có cấu trúc nano với các chức năng tiên tiến có

1. Mở đầu

Hiện nay, cả nước có 19 nhà máy nhiệt điện

đang hoạt động, với công suất phát điện gần

14.500 MW, mỗi năm thải khoảng 15 triệu tấn tro,

trong đó lượng tro bay chiếm 75%. Dự kiến sau

năm 2020, với 43 nhà máy, sẽ thải ra hơn 30 triệu

tấn tro/năm, hầu hết các nhà máy chỉ có bãi thải

chứa trong khoảng 5 năm và chủ yếu là chôn lấp.

Hiện nay, tái sử dụng tro thải chủ yếu phục vụ cho

các ngành như phụ gia sản xuất xi măng, sản xuất

bê tông, gạch không nung, vật liệu làm đường, vật

liệu san lấp. Tuy nhiên, tái sử dụng tro để sản xuất

các vật liệu có giá trị kinh tế cao còn hạn chế. Do

các thành phần chính của tro bay chủ yếu là SiO₂,

Al₂O₃nên một số phương pháp đã được thực hiện

để giảm thiểu tác động môi trường từ tro bay cũng

như tái chế 2 loại ôxit này một cách hiệu quả để

chế tạo thành các vật liệu xốp có cấu trúc nano là

kích thước lỗ đồng đều, diện tích bề mặt lớn và kết

nối đã tìm thấy nhiều ứng dụng như tinh chế, xúc

tác, hấp phụ, hỗ trợ, thiết bị điện tử và cảm biến

(Misran, 2007; El-Safty, 2011; Kumar, 2001;

Adjdir, 2009) và kiểm soát độ ẩm (Vu, 2011), nó

cũng được sử dụng để hấp thụ các hợp chất hữu

cơ dễ bay hơi (VOC) từ không khí, nitrobenzene,

phenol, và hấp thụ kim loại từ nước thải (Minmin,

2013).

Trong nghiên cứu này, chúng tôi đã xem xét

cách chiết xuất dung dịch SiO₂tinh khiết một cách

hiệu quả từ tro thải sau khi hong nước tổng hợp

aluminosilicate. Một số nhà nghiên cứu đã cố gắng

chiết xuất SiO₂tinh khiết từ tro bay than để tổng

hợp zeolite (Nam, 2014; Huyền, 2012), nhưng

không lấy SiO₂tinh khiết làm sản phẩm cuối cùng.

Do đó, mục tiêu của nghiên cứu này là thiết lập

điều kiện tối ưu cho chiết xuất SiO₂tinh khiết và

xác định các yếu tố, kiểm soát độ tinh khiết và số

lượng của SiO₂được chiết xuất. Các kết quả có thể

được áp dụng để tái chế hiệu quả một lượng lớn

_____________________

^*Tác giả liên hệ

E - mail: vudinhhieu@humg. edu. vn

Vũ Đình Hiếu, Bùi Hoàng Bắc/Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 60 (1), 26 - 33

tro thải từ các nhà máy nhiệt điện đốt than.

Tro thải

Nghiền, qua mắt sàng <200

2. Vật liệu và thí nghiệm

2.1. Vật liệu ban đầu

Điều kiện chiết xuất SiO₂

- Nồng độ NaOH: 1 - 2M

- Tỷ lệ Tro/NaOH: 1/10 – 1/30 g/ml

- Nhiệt độ: 100 – 200^oC

Các mẫu tro thải trong nghiên cứu này được

thu thập từ nhà máy nhiệt điện Uông Bí tại thành

phố Uông Bí, tỉnh Quảng Ninh. Tại nhà máy, tro

thải có 2 phương pháp làm mát sau khi đốt và

được chia làm 2 loại (loại một được làm lạnh

nhanh bằng nước - WCS, loại 2 được làm mát bằng

không khí - ACS). Nhóm nghiên cứu lấy mẫu của

cả 2 loại, sau đó mẫu được nghiền thành các hạt

nhỏ bằng cách sử dụng máy nghiền bi trong 15

phút và trộn kỹ. Bột có kích thước hạt dưới 75 µm

được sử dụng để tổng hợp vật liệu xốp và để tách

SiO₂trong các bước tiếp theo. Bên cạnh đó, mẫu

tro bay của nhà máy nhiệt điện Cẩm Phả, thành

phố Cẩm Phả, Quảng Ninh cũng được lấy để so

sánh.

- Thời gian: 1 - 9 ngày

Lọc

Rửa và sấy khô

Sản phẩm (Aluminosilicates)

Kiểm tra tính chất vật liệu

Hình 1. Sơ đồ khối triết xuất SiO₂từ tro thải.

trong vật liệu (BET).

2.2. Chiết xuất SiO₂

Thí nghiệm được hình thành bởi 25 loại bột

tro thải, mỗi loại khoảng từ 3,3~30g và dung dịch

NaOH được trộn theo các tỷ lệ xác định (1:10, 1:20

và 1:30) được đưa vào nung ở các nhiệt độ khác

nhau (100^oC, 150^oC và 200^oC) trong thời gian

phản ứng khác nhau (1~9 ngày) trong hệ thống

nồi hấp. Nồng độ của dung dịch NaOH cũng được

thử nghiệm với các trường hợp khác nhau 1,2 và

5 M. Dung dịch sau phản ứng sau đó được lọc qua

màng 0,45. Các sản phẩm thu được bao gồm dư

lượng rắn và dung dịch giàu Si còn lại. Dư lượng

chất rắn chứa Si và Al được rửa bằng nước cất

nhiều lần và sấy khô ở nhiệt độ 100^oC trong 1

ngày. Nồng độ của Si và Al trong dung dịch được

xác định bằng cách sử dụng phương pháp quang

phổ tử ngoại (UV) để kiểm tra độ tinh khiết và

lượng Si và Al trong dung dịch. Sơ đồ thí nghiệm

cho quá trình chiết xuất SiO₂được trình bày trong

Hình 1.

Các mẫu nhiễu xạ của tro thải và vật liệu cũng

được đo bằng máy đo nhiễu xạ bột mô hình Mac

Science MXP-3 với bức xạ Cu-Kα ở 40 kV và 30

mA. Tất cả các mẫu được quét từ 2 đến 70°C với tỷ

lệ 20 min. Các pha tinh thể của vật liệu trình bày

trong mẫu được xác định bằng cách sử dụng phần

mềm hỗn hợp tiêu chuẩn nhiễu xạ bột (JCPDS). Tỷ

lệ phần trăm tương đối của các khoáng chất tổng

hợp được tính bằng phương pháp FULLPAT cho

các mẫu XRD. Các đặc tính hình thái và các yếu tố

chính của của tro thải và sản phẩm được kiểm tra

bằng kính hiển vi điện tử quét (SEM) với quang

phổ tia X phân tán năng lượng (EDX, JMS 5800).

Phổ FT-IR cho các khoáng chất tổng hợp thu được

ở chế độ truyền trên các viên có chứa hỗn hợp ép

khoảng 1,5 mg mẫu và 100 mg KBr. Phổ IR được

ghi lại trongphạm vi từ4000đến 400cm^-1(Perkin

Elmer) với 200 lần quét. Diện tích bề mặt cụ thể

của các sản phẩm có chứa zeolit được đo từ sự hấp

phụ khí N₂ở 77 K bằng cách sử dụng dụng cụ

NOVA 3200 BET.

2.3. Đặc điểm thí nghiệm

Các đặc tính của tro thải và vật liệu chiết xuất

được xác định bằng cách sử dụng các kỹ thuật

khác nhau như phân tích nhiễu xạ tia X (XRD),

kính hiển vi điện tử (SEM), quang phổ tia X phân

tán năng lượng (EDX), Hồng ngoại biến đổi quang

phổ (FT- IR), và đo diện tích bề mặt, tỷ lệ lỗ rỗng

3. Kết quả và đánh giá

3.1. Đặc điểm tro thải

Vũ Đình Hiếu, Bùi Hoàng Bắc/Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 60 (1), 26 - 33

Thành phầnhóa học của2 mẫu tro xỉ làm lạnh

bằng không khí (ACS) và làm lạnh bằng nước

(WCS) được trình bày trong Bảng 1. Kết quả cho

thấy rằng thành phần chính chủ yếu là SiO₂(45,68

~ 47,07%), Al₂O₃(10,25 ~ 12,40%), CaO (10,80 ~

16,14%) và một ít oxit Fe, Mg, Na, Mg, K, P, Ti, v.v

... Hàm lượng CaO cao có thể là do thêm vôi vào

trong quá trình đốt lò. Một số khác biệt về thành

phần khối lượng giữa ACS và WCS có lẽ là do tính

không đồng nhất của than được đưa vào lò. Tro

bay được đặc trưng bởi SiO₂tương đối cao (49,97

wt.%) và hàm lượng CaO thấp (3,59 wt.%).

Hình 2. Kết quả XRD từ vật liệu đầu vào (a) Tro

xỉ làm lạnh từ không khí, (b) Tro xỉ làm lạnh từ

nước, (c) tro bay.

Bảng 1. Thành phần hoá học của tro xỉ và tro

bay từ nhà máy nhiệt điện than.

Tro xỉ (wt. %)

Làm lạnh bằng Làm lạnh

Thành

phần

Tro bay

(wt. %)

không khí

45.68

0.66

bằng nước

47.07

0.33

3.2. Đặc điểm của sản phẩm

SiO₂

TiO₂

Al₂O₃

FeO*

MgO

MnO

CaO

Na₂O

K₂O

P₂O₅

V₂O₅

Cr₂O₃

NiO

49.97

1.38

21.64

8.35

1.42

0.23

3.59

0.56

2.83

3.64

0.49

2.01

0.74

2.39

0.77

Các loại tinh thể và tỷ lệ phần trăm của từng

loại trong sản phẩm thu được đã được xác định

bằng phân tích XRD và được coi là các yếu tố tiềm

năng để kiểm soát độ tinh khiết và số lượng của

dung dịch SiO₂chiết xuất, các dư lượng này được

xác định trong hình 3 và 4. Các thành phần chính

trong sản phẩm là tobermorite (Ca₅(OH)

2Si₆O₁₆•4H₂O), pectolite-1A (NaCa₂HSi₃O₉), Na-P1

hydroxycancrinite (Na₁₄Al₁₂Si₁₃O₅₁•6H₂O) và

Hydroxysodalite (4Na₂O•3Al₂O₃•6SiO₂•H₂O), tỷ lệ

phần trăm của các khoáng chất này được liệt kê

trong Bảng 2. Trong đó:Tobermorite làsilicat giàu

Ca, được quan sát là thành phần chính trong hầu

hết sản phẩm khi điều chế cho cả ACS và WCS (7,8

~ 38,5%), ngoại trừ các điều kiện ở 200^oC trong

72 giờ đối với WCS (số 22 và 24 trong Bảng 2).

Tiếpđó pectolite-1A, một silicatgiàu Ca khác được

xác định là thành phần chính (20,6 ~ 31,7%), giải

thích cho vấn đề này, có khả năng tobermorite đã

được chuyển thành pectolite-1A bằng cách tăng

thời gian phản ứng ở 200^oC. Sự xuất hiện của các

thành phần giàu Ca được giải thích là do quá trình

đốt than đã cho thêm đá vôi vào để làm tăng độ tro

của than, tăng khả năng giữ nhiệt cho than. Thêm

vào đó, Hydroxysodalite (8,6 ~ 22,2%) và zeolite

Na-P1 hydroxycancrinite (3,9 ~ 12,4%) được tìm

thấy trong hầu hết các các sản phẩm ở điều kiện

nhiệt độ phản ứng là 100^oC, trong khi Na-P1

hydroxycancrinite chỉ được xác định là thành

phần chính trong điều kiện ở 200^oC cho cả hai ACS

(24,4 ~ 41,9%) và WCS (12,4 ~ 31,2%) (Hình 3, 4

10.25

6.20

12.40

3.13

2.80

0.28

3.66

0.78

16.14

7.56

10.80

9.07

0.99

4.65

0.34

1.24

0.52

1.87

0.80

0.75

5.01

0.64

0.85

1.34

1.55

1.33

ZnO

PbO

* Thành phần Fe được tính như FeO.

Hình 2a và 2b cho thấy sự hiện diện của một

lượng lớn các cấu trúc vô định hình trong mẫu

(không có đỉnh trong hình) ACS và WCS. Tuy

nhiên, mẫu XRD của tro thải cho thấy một đỉnh cao

trong khoảng từ 20 đến 35 của Quarts, và một số

đỉnh thấp hơn của Mullite trong tro bay (Hình 2c),

điều này khẳng định sự tồn tại của thạch anh

(SiO₂) và mullite (3Al₂O₃•2SiO₂) là các pha tinh thể

chính trong mẫu (Hình 2c). Hàm lượng SiO₂cao

trong thành phần hóa học và sự xuất hiện của một

lượng lớn aluminosilic vô định hình trong các mẫu

khẳng định mạnh mẽ rằng tro bay, tro xỉ (ACS và

WCS) là nguồn tiềm năng lớn có thể làm nguyên

liệu tái chế hiệu quả thông qua tổng hợp

aluminosilicate và chiết xuất SiO₂tinh khiết.

Vũ Đình Hiếu, Bùi Hoàng Bắc/Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 60 (1), 26 - 33

và Bảng 2).

Từ Bảng 2 cho thấy, ở nhiệt độ 200^oC (mẫu

ở nhiệt độ 100 - 150^oC cho thấy rằng sự hoà tan

và kết tinh phản ứng hoạt động mạnh hơn nhiều ở

nhiệt độ 200^oC. Khi xét về tỷ lệ tro thải và NaOH

trong sản phẩm (1:10; 1:20; 1:30) cho thấy không

có nhiều sự khác biệt về giá trị cấu trúc tạo thành.

Trong tất cả các mẫu thí nghiệm, chỉ có tro bay

(mẫu 25) hình thành H⁴(Hydroxycancrinite, PDF

31-1270) ở giá trị lớn nhất với 71,6% tương ứng

với một lượng Tobermorite (7,8%) ở 200^oC, 24

giờ, tỷ lệ 1:30, và NaOH 2M, đây có thể là do có

12-15 đối với ACS và 22-25 đối với WCS) tất cả các

mẫu thí nghiệm đều xuất hiện H⁴

(hydroxycancrinite, PDF 31-1270) với giá trị từ

24,4 ~ 39,1% đối với ACS và 12,4 ~ 31,2% đối với

WCS. Trong đó, tại mẫu thí nghiệm số 14 của ACS

(có điều kiện 200^oC, tỷ lệ 1:10, 36 giờ, NaOH 5M)

cógiá trị H⁴(hydroxycancrinite, PDF31-1270) lớn

nhất với giá trị là 41,9%. Khi so sánh với các giá trị

Hình 3. Kết quả XRD của các loại sản phẩm với các điều kiện khác nhau của tro xỉ làm lạnh từ không khí.

Hình 4. Kết quả XRD của các loại sản phẩm với các điều kiện khác nhau của tro xỉ làm lạnh từ nước.

Vũ Đình Hiếu, Bùi Hoàng Bắc/Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 60 (1), 26 - 33

sự khác biệt về thành phần khối của tro bay và tro

xỉ. Hầu hết các mẫu XRD cho thấy một đỉnh nhỏ

trong khoảng từ 20 đến 35, điều này khẳng định

rằng một lượng đáng kể các cấu trúc vô định hình

vẫn luôn tồn tại trong sản phẩm.

(Hydroxysodalite) xuất hiện lớn nhất ở mẫu số 3

trong Bảng 2 và Hình 5b với điều kiện ở 100^oC, tỷ

lệ 1:10, 24 giờ và NaOH 2M cho ACS. T²

(Tobermorite) là một loại Aluminosilicate giàu Ca

ở mẫu số 23 trong Bảng 2 và Hình 5a với điều kiện

ở 200^oC, tỷ lệ 1:30, 24 giờ, và NaOH 2M cho WCS.

H⁴(Hydroxycancrinite) xuất hiện ở mẫu số 14 và

25 trong Bảng 2 và Hình 5c với điều kiện 200^oC, tỷ

lệ 1:10, 36 giờ, và NaOH 5M đối với ACS. Nhìn

chung, hầu hết các vật liệu tổng hợp thu được cho

thấy các dạng tinh thể với kích thước khác nhau,

nhưng không điển hình, và lượng chất thải rắn

Cấu trúc và hình dạng thành phần trong vật

liệu sản phẩm cũng được nhận biết bằng kính hiển

vi điện tử (SEM) và dữ liệu nhận biết hoá học

(EDX). Kết quả từ Hình 5 cho thấy 3 loại cấu trúc

nổi bật được nhận biết đó là HS¹

(Hydroxysodalite), T²(Tobermorite), và H⁴

(Hydroxycancrinite).

Trong

đó,

HS¹

Bảng 2. Tổng hợp điều kiện thí nghiệm, phần trăm sản phẩm và lượng SiO₂thu được. ¹Hydroxysodalite

(PDF 41-0009), ²Tobermorite (PDF 19-0050, 19-1364), ³Zeolite Na-P1 (PDF 39-0219), ⁴Hydroxy-

cancrinite (PDF 46-1457) hoặc Unnamed zeolite (PDF 31-1270), và ⁵Pectolite-1A (PDF 33-1223).

Điều kiện thí nghiệm

Nhiệt độ-Mẫu-Tỷ lệ

-Thời gian- NaOH

Thành phần sản phẩm

Nồng độ dung dịch

Si Al

(mg/l) (mg/l)

SiO₂

Hiệu suất

(%)

HS¹

T²

N³

H⁴

P⁵

[(°C)-(g)-(g/ml)-(h)-(M)] (%)

(%)

I. Tro xỉ làm lạnh bằng không khí (ACSs)

100-10-1:10-6-2

100-10-1:10-12-2

100-10-1:10-24-2

100-10-1:10-48-2

100-10-1:10-96-2

100-10-1:10-192-2

100-20-1:30-24-2

100-3.3-1:30-96-2

100-3.3-1:30-168-2

100-3.3-1:30-216-2

150-25-1:20-48-1

200-30-1:10-12-2

200-30-1:10-24-2

200-30-1:10-36-5

200-10-1:30-12-2

8.99

11.35

745.0

728.3

774.9

716.7

770.3

581.5

491.6

888.9

456.0

452.6

1203.0

1056.0

845.7

584.3

988.7

59.5

48.0

20.2

19.4

8.3

3.1

56.9

4.3

8.4

4.3

9.7

2.4

3.4

3.94

3.85

4.09

3.79

4.07

3.07

7.79

14.23

7.30

7.24

12.70

5.58

4.47

3.09

15.67

22.16 14.54

12.31 13.11 3.86

8.59

15.36 15.17

20.01 15.17

8.58 22.15 8.72

9.5

5.9

14.77 12.37

8.45

13.64 8.86

27.93

17.55

7.8

39.12

24.37

41.87

28.44

28.81

5.3

II. Tro xỉ làm lạnh bằng nước (WCSs)

100-10-1:10-24-2

100-20-1:30-24-2

100-3.3-1:30-48-2

100-3.3-1:30-96-2

100-3.3-1:30-144-2

150-25-1:20-48-1

200-30-1:10-72-2

200-10-1:30-24-2

200-10-1:30-72-2

14.99 8.84

10.11

15.71 7.93

14.76 8.96

14.48 10.11

11.64 8.84

1433.5

1166.4

1056.1

1043.2

910.5

3.5

5.3

11.6

7.2

2.0

3.8

4.8

6.2

3.9

6.81

16.60

15.20

15.00

13.10

14.00

8.33

1467.1

38.5

31.16 31.69 1751.3

12.43 1709.2

22.00 20.62 1612.4

24.40

23.00

III. Tro bay

7.82

200-10-1:30-24-2

71.66

1174.1

4.7

13.90

Vũ Đình Hiếu, Bùi Hoàng Bắc/Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 60 (1), 26 - 33

Hình 5. Kết quả SEM và EDX của thành phần sản phẩm; (a) tobermorite, (b) hydroxysodalite, (c)

hydroxycancrinite.

đáng kể vẫn còn tồn tại trong các dư lượng đã

phản ứng. Từ đó khẳng định các phản ứng hòa tan

và kết tinh không được diễn ra hoàn toàn trong

các điều kiện kiềm nhất định.

Diệntích lỗ rỗng là đại lượng thểhiện cấu trúc

xốp của vật liệu, diện tích lỗ rỗng càng lớn thì vật

liệu càng xốp và càng tiệm cận cấu trúc nano. Đối

với các vật liệu được tạo thành trong thí nghiệm

này, mẫu 15 (Bảng 2) cho ACS có giá trị diện tích

lỗ rỗng là 41 m²/g và mẫu 25 cho tro bay có giá trị

diện tích lỗ rỗng là 54 m²/g, 2 mẫu này cho giá trị

cao nhất và có cấu trúc xốp tốt nhất.

(6,81 ~ 24,40) thường cao hơn so với ACS (3.07 ~

15,67). Trong cùng loại mẫu (từ mẫu 1-5) chúng

ta thấy các điều kiện giống nhau chỉ thay đổi về

thời gian phản ứng. Nồng độ Al giảm dần từ 59,5

mg/l xuống còn 3,1 mg/l khi thời gian phản ứng

tăng từ 6 giờ đến 192 giờ. Điều này chỉ ra rằng, khi

thời gian tăng lên thì phản ứng của Al vào cấu trúc

aluminosilicattăng lên do đó khôngcòn nguyên tử

Al đơn chất và thành phần Al trong sản phẩm giảm

đi. Ảnh hưởng của nồng độ NaOH cũng được thấy

rõ khi ở tỷ lệ nồng độ 1:10 hiệu suất của SiO₂chỉ

đạt (3,1 ~ 5,6%) (mẫu 12 ~ 14 trong Bảng 2)

nhưng khi tăng tỷ lệ lên 1:30 thì giá trị SiO₂tăng

lên 15,7% và nồng độ Al vẫn thấp (mẫu 15 Bảng

2).

Đối với WCS, nồng độ Al nhỏ hơn 10 mg/l

trong hầu hết các điều kiện thí nghiệm, ngoại trừ

mẫu 18 là 11,6 mg/l ở 100^oC, tỷ lệ 1:30, trong 48

giờ và 2M NaOH. Đối với SiO₂, tăng từ 6,81 (tại

mẫu số 16, 100^oC, tỷ lệ 1:10 và thời gian là 24h và

2M NaOH) lên 24,4 (tại mẫu số 24, 100^oC, tỷ lệ

1:30 và thời gian là 24h và 2M NaOH). Từ đó cho

thấy thời gian nung không ảnh hưởng đến tỷ lệ

SiO₂trong sản phẩm, và giá trị của SiO₂bị ảnh

hưởng chính bởi tỷ lệ pha loãng của nồng độ. Đối

với tro bay hiệu suất SiO₂là 13,9% ở 200^oC, 1:30

và thời gian phản ứng 24 giờ (số 25 trong Bảng 2).

3.3. Chiết xuất SiO₂tinh khiết

Kết quả việc chiết xuất SiO₂được thể hiện

trong Bảng 2, trong đó nhiệt độ phản ứng, tỷ lệ

dung dịch / NaOH, thời gian phản ứng và nồng độ

dung dụng dịch NaOH là những yếu tố ảnh hưởng

tới lượngSiO₂tinh khiết. Khối lượngchiết xuấtcủa

SiO₂được tính theo công thức:

푚푔

푁ồ푛ꢀ độ ꢁꢂ 푡푟표푛ꢀ 푑푢푛ꢀ 푑ị푐ℎ (

⁾푥

푙

( )

푆푖푂₂푔 =

1000

60.085(푘ℎốꢂ 푙ượ푛ꢀ 푚표푙 ꢁꢂ푂 )

푥

푥 ^{푇ℎể 푡í푐ℎ 푑푢푛ꢀ 푑ị푐ℎ(푚푙)}

28.086 (푘ℎốꢂ 푙ượ푛ꢀ 푛ꢀ푢푦ê푛 푡ử ꢁꢂ)

1000

lượng SiO (g)

(

)

Lượng SiO₂% = _{tỷ lệ SiO x tổng khối lượng mẫu (g)}x100

Kết quả từ Bảng 2 cho thấy, khả năng chiết

xuất của SiO₂(cột cuối trong Bảng 2) của WCS

Vũ Đình Hiếu, Bùi Hoàng Bắc/Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 60 (1), 26 - 33

3.4. Kiểm soát các yếu tố chiết xuất SiO₂tinh

khiết

là một yếu tố quan trọng làm giảm lượng của dung

dịch SiO₂tinh khiết. Do đó, năng suất chiết xuất

SiO₂và chất lượng của vật liệu dư lượng có thể

được cải thiện rõ rệt bằng cách giảm thiểu Ca

trong tro thải, điều này dẫn đến việc giảm vôi

trong quá trình đốt than trong lò đốt.

Sự hình thành SiO₂tinh khiết được thông qua

các chất sau quá trình thí nghiệm, tobermorite,

một loại silicat giàu Ca, được tổng hợp thành

thành phần chính trong hầu hết các điều kiện cho

cả ACS và WCS. Tuy nhiên, tại điều kiện ở 200^oC

trong 72 giờ đối với WCS, trong đó pectolite-1A,

một silicat giàu Ca khác được tạo ra nhiều hơn so

với tobermorite. Mặt khác hydroxycancrinite

được hình thành khi nung vật liệu ở 200^oC và

không phụ thuộc nhiều vào các điều kiện khác và

tỷ lệ dung dịch. Lượng SiO₂tăng lên khi tỷ lệ dung

dịch tăng lên 1:30 và ở 200^oC và không phụ thuộc

vào thời gian phản ứng, tuy nhiên đó là một yếu tố

quan trọng quyết định số lượng zeolite tổng hợp.

Lượng SiO₂cho WCS cao hơn nhiều so với ACS

(Bảng 2). Nhiệt độ phản ứng là một yếu tố quan

trọng kiểm soát không chỉ năng suất chiết SiO2,

mà cả loại zeolite được hình thành. Sự gia tăng

nồng độ NaOH phải là một yếu tố để cải thiện quá

trình tổng hợp zeolite, nhưng để giảm đáng kể

năng suất chiết xuất SiO₂(số 14 trong Bảng 2).

Năng suất SiO₂cao hơn đối với WCS thay vì ACS

cho thấy rằng làm lạnh nhanh chất thải nóng chảy

trong lò đốt là tốt hơn cho chiết xuất SiO₂, do sự

gia tăng của dạng vô định hình.

Tài liệu tham khảo

Adjdir, M., Ali-Dahmane, T., Friedrich, F., Scherer

T., Weidler, PG., 2009. The synthesis of Al-

MCM-41 from volclay - A low-cost Al and Si

source. Applied Clay Science 46. 185-189.

El-Safty, S. A., 2011. Instant synthesis of

mesoporous monolithic materials with

controllable geometry, dimension and

stability: a review. Journal of Porous Material

18. 259-287.

Kumar, P., Mal, N., Oumi, Y., Yamana, K., Sano, T.,

2001. Mesoporous materials prepared using

coal fly ash as the silicon and aluminium

source. Journal of Materials Chemistry 11.

3285-3290.

Mai Thế Nam, 2014. Nghiên cứu xử lý asen trong

nước bằng vật liệu Zeolit biến tính bởi sắt được

điều chế từ tro bay. Luận văn thạc sỹ. Đại học

Khoa học tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội.

Minmin Liu, Li-an Hou, Beidou Xi, Ying Zhao,

Xunfeng Xia. 2013. Synthesis, characterization,

and mercury adsorption properties of hybrid

mesoporous aluminosilicate sieve prepared

with fly ash. Applied Surface Science 273. 706-

716.

Khi xem xét tất cả các kết quả thí nghiệm, điều

kiện tối ưu để thu được SiO₂tinh khiết hiệu quả

nhấtlàở200^oC trong nhiệt độphản ứng, tỷlệ dụng

dịch trên mẫu là 1:30 mẫu/NaOH tại 2M NaOH và

thời gian phản ứng là 24 giờ.

4. Kết luận

Misran, H., Singh, R., Begum, S., Yarmo, M. A., 2007.

Processing of mesoporous silica materials

(MCM-41) from coal fly ash. Journal of

Materials Processing Technology 186. 8-13.

Trong nghiên cứu này, chúng tôi đã chiết xuất

thành công dung dịch SiO₂tinh khiết từ tro thải

của nhà máy nhiệt điện than bằng phương pháp

hòa tan kiềm. Các kết quả thí nghiệm cho thấy,

hiệu suất lớn nhất để chiết xuất SiO₂tinh khiết ở

tỷ lệ 1/30 (tro thải / dung dịch kiềm NaOH 2M) ở

200^oC trong thời gian 24h, khả năng chiết xuất ở

WCS cao hơn so với ACS. Các loại dư lượng rắn kết

tủa trong phản ứng có vai trò quan trọng để kiểm

soát độ tinh khiết và năng suất của dung dịch SiO₂

tinh khiết được chiết xuất. Trong khi sự hình

thành silicat giàu Ca (tobermorite và pectolite-1A)

Trần Thị Minh Huyền. 2012. Nghiên cứu biến tính

tro bay phả lại với polyme chức năng để tăng

dung lượng hấp thụ crom ứng dụng xử lý nước

thải. Luận văn thạc sỹ. Đại học Khoa học tự

nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội.

Vu Dinh Hieu, Wang, K. S., Bui Hoang Bac, 2011.

Humidity control porous ceramics prepared

from waste and porous materials. Materials

Letters 65. 940–943.

Vũ Đình Hiếu, Bùi Hoàng Bắc/Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 60 (1), 26 - 33

ABSTRACT

Pure SiO₂extraction through aluminosilicates synthesis from

incinerated solid wastes

Hieu Dinh Vu¹, Bac Hoang Bui²

¹Faculty of Mining, Hanoi University of Mining and Geology, Hanoi, Vietnam

²Faculty of Geology, Hanoi University of Mining and Geology, Hanoi, Vietnam

In this study, Pure SiO₂solution extraction from incenerated solid wastes following after

aluminosilicate synthesis. The optimum conditions for obtaining both the pure SiO₂solution and the

substantial amounts of unique residue material should be 200^oC of reaction temperature, 1:30 of

sample:NaOH, 2M NaOH, and enough reaction time over 24 hours. The optimization of the pure SiO₂

extraction proposes an effective way for recycling the abundant incinerated solid waste as well as other

waste ashes.

8 trang Mãnh Khiết 13/01/2024 16800 Free

Download

Bạn đang xem tài liệu "Chiết xuất SiO₂ tinh khiết từ tro nhà máy nhiệt điện than", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên

File đính kèm:

chiet_xuat_sio_tinh_khiet_tu_tro_nha_may_nhiet_dien_than.pdf