Các bãi thải khai thác than Quảng Ninh (ảnh minh họa/nguồn internet)
Một trong các giải pháp để giải quyết khó khăn này là: tận dụng phế thải khai thác than để thay thế một phần hay toàn bộ nguyên liệu sét. Khi so sánh với nguyên liệu sét, thành phần khoáng hóa của phế thải khai thác than cho phép sử dụng chúng làm nguyên liệu thay thế sét trong sản xuất gốm xây dựng.
Bảng 1. Thành phần hóa học của sét và phế thải khai thác than
|
Nguyên liệu |
Hàm lượng (theo khối lượng), % |
|||||||||
|
SiO2 |
Al2O3 |
TiO |
Fe2O3 |
CaO |
MgO |
SO3 |
K2O |
Na2O |
MKN |
|
|
Sét Latnenskaia |
54,43 |
29,06 |
29,06 |
1,50 |
1,19 |
0,66 |
0,50 |
1,96 |
1,96 |
9,96 |
|
Sét Kudinovskaia |
68,60 |
20,20 |
20,20 |
1,44 |
0,83 |
0,60 |
- |
2,87 |
2,87 |
5,40 |
|
Phế thải khai thác than mỏ Moskovsky và Tulsky |
38,93 |
16,08 |
- |
4,20 |
1,54 |
0,96 |
- |
0,62 |
36,89 |
|
Bảng 2. Cấp phối của phối liệu sử dụng hỗn hợp nguyên liệu sét-phế thải khai thác than
|
Phối liệu |
Hàm lượng (theo khối lượng), % |
|
|
Sét |
Phế thải khai thác than |
|
|
N01 |
80 |
20 |
|
N02 |
70 |
30 |
|
N03 |
60 |
40 |
|
N04 |
50 |
50 |
|
Độ ẩm trong tất cả các phối liệu là 8% |
||
Bột liệu dùng để ép tạo hình đã được chế tạo theo hai phương pháp: ướt và khô.
Theo phương pháp ướt: Sét được đưa vào máy trộn phòng thí nghiệm với độ ẩm 50%. Phế thải khai thác than được nghiền ướt trong máy nghiền bi thí nghiệm với tỷ lệ: vật liệu/ bi/ nước = 1/2/0,4 trong thời gian 1h, 3h và 5h. Sau đó, bùn liệu (hỗn hợp gồm sét và phế thải khai thác than) được trộn trong 15 phút, và sấy đến độ ẩm 8%. Các viên mẫu hình trụ có đường kính 40mm và chiều cao 50mm được ép tạo hình, từ bột liệu có độ ẩm 8%, trên máy ép thủy lực với các áp lực ép là 20MPa và 40MPa. Sau đó, mẫu được sấy đến độ ẩm 2% và nung ở nhiệt độ 950ºC với thời gian lưu 2h.
Theo phương pháp khô: Bột liệu được chế tạo bằng cách nghiền chung sét và phế thải khai thác than trong máy nghiền bi thí nghiệm với tỷ lệ: vật liệu/bi = 1/3 trong thời gian 1 h, 3h và 5h; sau đó được làm ẩm đến độ ẩm 8%. Các viên mẫu hình trụ có đường kính 40mm và chiều cao 50mm được tạo hình trên máy ép thủy lực với áp lực 20MPa, 30MPa và 40MPa, sau đó được sấy tới độ ẩm 2%, và nung đến nhiệt độ 950ºC với thời gian lưu 2h.
Kết quả thử nghiệm tính chất cơ-lý của mẫu sau nung thể hiện tại Bảng 3.
|
Phối liệu |
Thời gian nghiền, h |
Áp lực nén (tạo hình), MPa |
Độ co, % |
Độ hút nước, % |
Tỷ khối, g/cm3 |
Độ xốp, % |
Độ bền nén, MPa |
|
Sét Latnenskaia |
|||||||
|
1 |
1 |
40
|
0,17 |
20,6 |
3,24 |
66,4 |
62,7 |
|
2 |
0,27 |
16,5 |
3,15 |
52,0 |
52,4 |
||
|
3 |
0,39 |
12,0 |
3,12 |
37,4 |
34,6 |
||
|
4 |
0,50 |
10,5 |
3,03 |
32,4 |
29,5 |
||
|
1 |
3 |
40 |
0,27 |
11,0 |
3,17 |
35,0 |
40,1 |
|
2 |
0,36 |
9,00 |
2,96 |
26,5 |
31,9 |
||
|
3 |
0,44 |
6,00 |
2,83 |
17,0 |
25,0 |
||
|
4 |
0,62 |
5,20 |
2,75 |
14,3 |
19,5 |
||
|
1 |
5 |
20 |
2,00 |
12,3 |
1,84 |
22,6 |
89,7 |
|
2 |
2,00 |
15,0 |
1,78 |
26,7 |
84,0 |
||
|
3 |
1,80 |
16,0 |
1,76 |
28,1 |
59,8 |
||
|
4 |
1,30 |
21,3 |
1,49 |
31,7 |
29,7 |
||
|
1 |
5 |
40 |
1,90 |
10,9 |
1,88 |
20,5 |
98,3 |
|
2 |
1,60 |
12,0 |
1,80 |
20,8 |
95,2 |
||
|
3 |
1,00 |
12,5 |
1,73 |
21,7 |
84,3 |
||
|
4 |
0,50 |
20,2 |
1,47 |
29,7 |
42,7 |
||
|
Sét Kudinovskaia |
|||||||
|
1 |
3 |
30 |
1,17 |
17,4 |
1,54 |
26,7 |
44,2 |
|
2 |
0,91 |
21,1 |
1,64 |
32,3 |
27,1 |
||
|
3 |
0,72 |
28,0 |
1,42 |
41,2 |
18,6 |
||
|
4 |
0,64 |
38,2 |
1,39 |
54,3 |
12,0 |
||
|
1 |
3 |
40 |
1,25 |
16,6 |
1,57 |
25,9 |
46,8 |
|
2 |
1,00 |
19,5 |
1,50 |
29,2 |
32,1 |
||
|
3 |
0,85 |
25,1 |
1,44 |
36,1 |
20,1 |
||
|
4 |
0,75 |
37,3 |
1,40 |
52,0 |
12,7 |
||
|
Độ ẩm các phối liệu khi tạo hình là 8% |
|||||||
Phân tích các tính chất cơ lý của các mẫu cho thấy phế thải khai thác than có thể được dùng làm nguyên liệu sản xuất vật liệu gốm xây dựng. Bên cạnh đó, việc nghiền chung sét và phế thải khai thác than phương pháp ướt cho phép tăng đáng kể các tính chất cơ lý sản phẩm. Trong khi đó phương pháp sản xuất khô cho phép giảm chi phí đầu tư và có được sản phẩm chất lượng cao.
Việc tăng hàm lượng phế thải khai thác than trong phối liệu làm giảm cường độ cơ học và tăng độ xốp. Tuy nhiên, việc sử dụng đến 50% phế thải khai thác than trong phối liệu vẫn cho cường độ khá cao.
Việc tăng thời gian nghiền phối liệu cho phép chế tạo sản phẩm có cường độ cơ học cao hơn ngay cả khi hàm lượng phế thải được sử dụng tối đa.
Việc phân tích các kết quả cơ lý đã khẳng định khả năng phản ứng, tương tác tích cực với các khoáng sét của phế thải khai thác than khi phối liệu được gia công, tạo hình thích hợp (phương pháp ướt hoặc phương pháp khô). Trong quá trình sấy, các phế thải khai thác than cũng thể hiện các hiệu ứng như sét thông thường, và trong quá trình nung, nó cũng trải qua các quá trình hóa-lý tương tự như đối với các khoáng sét, hình thành mulit và các hợp chất khác.
Lô sản phẩm gạch ốp tường, được sản xuất thử trên dây chuyền của tổ hợp công nghiệp Kuchinsky và sử dụng bột phối liệu có độ ẩm 6%, có thành phần gồm 70% sét Kulinovskaia và 30% phế thải khai thác than, đã hoàn toàn đáp ứng yêu cầu của GOST 6841-84.
Như vậy, phế thải khai thác than khi được gia công thích hợp là nguyên liệu tiềm năng cho công nghiệp gốm xây dựng.
Việc sử dụng phối liệu hỗn hợp hai nguyên liệu này theo phương pháp ướt cho phép chế tạo sản phẩm gốm có tính năng cơ lý cao ngay cả khi sử dụng hàm lượng cao phế thải khai thác than. Việc sử dụng phối liệu hỗn hợp hai nguyên liệu này theo phương pháp khô cũng cho phép chế tạo sản phẩm gốm có tính năng cơ lý khá cao ngay cả khi sử dụng hàm lượng phế thải khai thác than đến 50% trong phối liệu.
Việc sử dụng phế thải khai thác than trong sản xuất gốm xây dựng cho phép cải thiện màu sắc sản phẩm (màu kem sáng) ngay cả khi sử dụng đất sét giàu sắt.
