Nghiên cứu khả năng giải phóng các thành phần nguy hại ( kim loại nặng và Florua ) từ xỉ lò cao phục vụ cho công tác đánh giá rủi ro môi trường của việc thải bỏ và sử dụng xỉ từ ngành công nghiệp luyện thép

- Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường – Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Luận văn Thạc sĩ Ngành Kỹ thuật Môi trường i LỜI CẢM ƠN Luận văn này được hoàn thành tại Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường – Trường đại học Bách Khoa Nà Nội và Trường Nghiên cứu Môi trường Toàn cầu – Đại học Kyoto, Nhật Bản, với sự hướng dẫn của PGS.TS.
- Huỳnh Trung Hải đã nhiệt tình hướng dẫn, giúp đỡ tôi trong quá trình nghiên cứu, thực hiện luận văn và đã cho tôi những ý kiến nhận xét, góp ý quí báu.
- Tôi xin chân thành cảm ơn Viện đào tạo sau đại học – Trường Đại học Bách khoa Hà Nội.
- Đặc biệt là các thầy, cô giáo trong Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường – Trường Đại học Bách khoa Hà Nội đã quan tâm giúp đỡ và tạo điều kiện cho tôi trong quá trình nghiên cứu học tập.
- Takeshi Katsumi và các thành viên thuộc Phòng thí nghiệm Kỹ thuật Hạ tầng Môi trường, các thầy cô và cán bộ nhân viên của Trường Nghiên cứu Môi trường Toàn cầu – Đại học Kyoto, Nhật Bản trong thời gian tôi thực hiện các thí nghiệm nghiên cứu trong Luận văn này.
- Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn gia đình và bạn bè đã luôn bên tôi, động viên tôi, giúp đỡ tôi vượt qua mọi khó khăn để hoàn thành Luận văn này.
- Hà Nội, tháng 3 năm 2011 Học viên Nguyễn Thị Giang Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường – Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Luận văn Thạc sĩ Ngành Kỹ thuật Môi trường ii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu khoa học của riêng tôi.
- Các kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa được công bố trong bất kỳ công trình nào khác TÁC GIẢ Nguyễn Thị Giang Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường – Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Luận văn Thạc sĩ Ngành Kỹ thuật Môi trường iii DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT ANC Khả năng trung hòa axit BTNMT Bộ Tài nguyên và Môi trƣờng CTNH Chất thải nguy hại IARC Cơ quan Nghiên cứu Ung thƣ Quốc tế IC Máy sắc ký ion ICPS Máy đo khối phổ cảm ứng plasma KLN Kim loại nặng QCVN Quy chuẩn Việt Nam TCCP Tiêu chuẩn cho phép WHO Tổ chức Y tế Thế giới Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường – Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Luận văn Thạc sĩ Ngành Kỹ thuật Môi trường iv DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1.
- Thành phần hoá học của xỉ luyện thép (Đơn vị: mg/kg.
- Thành phần khoáng của xỉ luyện thép (Đơn vị.
- Tính chất và ứng dụng của xỉ luyện thép.
- Sản lƣợng xỉ lò cao và xỉ thép đƣợc tiêu thụ ở Mỹ.
- Sử dụng xỉ ở Mỹ năm 2003 (Đơn vị.
- Sử dụng xỉ ở Nhật và Châu Âu năm 2004.
- Thành phần hóa học của xỉ lò cao (Đơn vị: mg/kg.
- Các tính chất cơ bản của xỉ lò cao.
- Khả năng chiết tối đa và khả năng trung hòa axit (ANC) của xỉ lò cao.
- So sánh nồng độ chiết của xỉ lò cao với ngƣỡng CTNH và TCCP trong nƣớc ngầm (Đơn vị: mg/l.
- So sánh khả năng giải phóng crôm trong thí nghiệm đánh giá ảnh hƣởng của điều kiện khô ƣớt với khả năng giải phóng tối đa crôm từ xỉ lò cao.
- So sánh khả năng giải phóng vanadi trong thí nghiệm đánh giá ảnh hƣởng của điều kiện khô ƣớt với khả năng giải phóng tối đa vanadi từ xỉ lò cao.
- So sánh khả năng giải phóng florua trong thí nghiệm đánh giá ảnh hƣởng của điều kiện khô ƣớt với khả năng giải phóng tối đa florua từ xỉ lò cao.
- 55 Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường – Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Luận văn Thạc sĩ Ngành Kỹ thuật Môi trường v DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1.
- Sơ đồ quá trình hình thành xỉ trong ngành luyện thép.
- Các rủi ro môi trƣờng của việc sử dụng và thải bỏ chất thải công nghiệp 12 Hình 1.3.
- Các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình chiết các chất ô nhiễm từ vật liệu rắn Hình 2.1.
- Thí nghiệm ngâm chiết theo phƣơng pháp ASTM D Hình 2.3.
- Trình tự thí nghiệm đánh giá ảnh hƣởng điều kiện khô ƣớt xen kẽ.
- 34 Hình 3.1 Phân bố cấp hạt của xỉ lò cao.
- Sự thay đổi pH và nồng độ chiết tích lũy trong thí nghiệm chiết liên tục 39 Hình 3.3.
- Sự thay đổi pH và nồng độ chất ô nhiễm bị chiết trong thí nghiệm với các dung dịch chiết khác nhau.
- Thay đổi pH và nồng độ các chất ô nhiễm bị chiết trong thí nghiệm chiết đơn với dung dịch Cl.
- Thay đổi pH và nồng độ các chất ô nhiễm bị chiết trong thí nghiệm chiết đơn với dung dịch HCO3.
- Thay đổi pH và nồng độ các chất ô nhiễm bị chiết trong thí nghiệm chiết với dung dịch SO42.
- Thay đổi pH và khả năng giải phóng crôm trong thí nghiệm đánh giá ảnh hƣởng điều kiện khô – ƣớt.
- Thay đổi pH và khả năng giải phóng vanadi trong thí nghiệm đánh giá ảnh hƣởng điều kiện khô – ƣớt.
- Thay đổi pH và khả năng giải phóng florua trong thí nghiệm đánh giá ảnh hƣởng điều kiện khô – ƣớt.
- 55 Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường – Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Luận văn Thạc sĩ Ngành Kỹ thuật Môi trường vi DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC BẢNG BIỂU DANH MỤC CÁC HÌNH MỤC LỤC MỞ ĐẦU.
- TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1.
- Xỉ luyện thép và ảnh hƣởng môi trƣờng khi sử dụng và thải bỏ.
- Tổng quan về xỉ luyện thép.
- Ảnh hƣởng môi trƣờng của việc sử dụng và thải bỏ xỉ.
- Phƣơng pháp chiết đánh giá ảnh hƣởng cử xỉ luyện thép đến môi trƣờng Error! Bookmark not defined.
- Quá trình chiết.
- Tình hình nghiên cứu về khả năng giải phóng các độc chất từ xỉ luyện thép .
- VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.
- Vật liệu nghiên cứu.
- Phƣơng pháp nghiên cứu.
- Phân tích tính chất vật lý và hóa lý của xỉ lò cao.
- Thí nghiệm xác định thành phần hóa học của xỉ lò cao.
- Thí nghiệm chiết xác định khả năng giải phóng tối đa KLN và florua từ xỉ (Availablity Test - EA NEN 7341.
- Thí nghiệm chiết liên tục (NEN 7349.
- Thí nghiệm chiết đơn.
- Thí nghiệm đánh giá ảnh hưởng điều kiện khô – ướt xen kẽ.
- Tính chất cơ bản của xỉ lò cao.
- Thành phần hóa học của xỉ lò cao.
- Tính chất vật lý và hóa lý của xỉ lò cao.
- 36 Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường – Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Luận văn Thạc sĩ Ngành Kỹ thuật Môi trường vii 3.2.
- Đánh giá khả năng chiết các chất ô nhiễm từ xỉ lò cao.
- Ảnh hƣởng của các dung dịch chiết khác nhau đối với quá trình chiết.
- Ảnh hƣởng của điều kiện khô - ƣớt đối với khả năng giải phóng các chất ô nhiễm từ xỉ lò cao.
- Ảnh hưởng của điều kiện khô – ướt đối với khả năng chiết crôm.
- Ảnh hưởng của điều kiện khô – ướt đối với khả năng chiết vanadi.
- Ảnh hưởng của điều kiện khô – ướt đối với khả năng chiết florua.
- Ảnh hưởng của điều kiện khô – ướt đến pH.
- 58 Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường – Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Luận văn Thạc sĩ Ngành Kỹ thuật Môi trường 1 MỞ ĐẦU Sắt thép là vật liệu cơ bản cho ngành xây dựng và công nghiệp hiện đại.
- Cùng với quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa thì sản lƣợng thép trên thế giới cũng nhƣ Việt Nam tăng lên không ngừng.
- Xỉ thải của ngành sản xuất thép thƣờng đƣợc chia thành hai loại chính là xỉ lò cao và xỉ thép.
- Trong đó, xỉ lò cao là loại xỉ đƣợc sinh ra do các tạp chất trong quặng sắt bị nung chảy cùng với các thành phần trong đá vôi và than cốc.
- Hỗn hợp này có khối lƣợng riêng nhẹ hơn gang, thƣờng nổi lên trên bề mặt và dễ dàng đƣợc lấy ra khỏi lò cao.
- Trung bình để sản xuất ra mỗi tấn gang thì sinh ra 290 kg xỉ lò cao [45].
- Xỉ lò cao có thành phần tƣơng tự với các loại vật liệu tự nhiên.
- Cùng với xu hƣớng quản lý chất thải bền vững nhằm tiết kiệm năng lƣợng và nguồn nguyên liệu, hầu hết xỉ lò cao ở các nƣớc phát triển hiện đang đƣợc tái sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau, đặc biệt là trong ngành xây dựng và địa kĩ thuật (ví dụ nhƣ: sử dụng trong vật liệu làm nền đƣờng, vật liệu gia cố đất, lớp phủ cho các bãi chôn lấp, vật liệu làm đê, kè.
- Còn ở Việt Nam hiện nay, một phần xỉ lò cao đang đƣợc sử dụng làm vật liệu phụ gia cho sản xuất xi măng, phần còn lại đƣợc thải bỏ trong các hồ chứa xỉ của nhà máy hoặc sử dụng trực tiếp làm vật liệu san lấp.
- Tuy nhiên, do có chứa hàm lƣợng cao các chất độc nhƣ kim loại nặng [20] và florua [27], việc sử dụng hay thải bỏ xỉ lò cao có thể gây ra những ảnh hƣởng nghiêm trọng tới môi trƣờng do quá trình ngâm chiết các chất độc từ pha rắn của xỉ vào pha lỏng.
- Vì vậy, nghiên cứu khả năng giải phóng các chất độc hại nhƣ kim loại nặng và florua từ xỉ lò cao có ý nghĩa rất lớn trong việc phục vụ cho công tác đánh giá tác động môi trƣờng, đánh giá rủi ro của các dự án sản xuất thép cũng nhƣ các dự án sử dụng xỉ lò cao, xỉ thép làm vật liệu tái chế.
- Xuất phát từ thực tế đó, đề tài “Nghiên cứu khả năng giải phóng các Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường – Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Luận văn Thạc sĩ Ngành Kỹ thuật Môi trường 2 thành phần nguy hại (kim loại nặng và florua) từ xỉ lò cao phục vụ cho công tác đánh giá rủi ro môi trường của việc thải bỏ và sử dụng xỉ từ ngành công nghiệp luyện thép” đƣợc lựa chọn.
- Luận văn đƣợc thực hiện với những nội dung.
- Tổng quan về xỉ luyện thép và ảnh hƣởng môi trƣờng khi sử dụng và thải bỏ xỉ luyện thép.
- Phƣơng pháp chiết để đánh giá ảnh hƣởng của xỉ luyện thép đến môi trƣờng.
- Nghiên cứu thành phần hóa học và một số tính chất vật lý, hóa lý cơ bản của xỉ lò cao.
- Nghiên cứu khả năng giải phóng KLN (crôm và vanadi) và florua từ xỉ lò cao cùng với các yếu tố ảnh hƣởng.
- Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường – Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Luận văn Thạc sĩ Ngành Kỹ thuật Môi trường 3 CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1.
- Xỉ luyện thép và ảnh hƣởng môi trƣờng khi sử dụng và thải bỏ 1.1.1.
- Tổng quan về xỉ luyện thép Xỉ là sản phẩm phụ của ngành luyện thép, đƣợc tạo ra từ quá trình tách thép nóng chảy khỏi các tạp chất trong lò luyện kim.
- Nó là hỗn hợp của silicate và oxit nóng chảy và kết tinh sau khi ra khỏi lò bằng các quá trình làm lạnh.
- Quá trình hình thành xỉ trong công nghiệp luyện kim đƣợc minh họa trong Hình 1.1.
- Sơ đồ quá trình hình thành xỉ trong ngành luyện thép [10] Cơ chế hoá học của quá trình hình thành xỉ trong công nghiệp luyện thép [10] Nguyên liệu của quá trình luyện kim bao gồm: quặng sắt (quặng hêmatit Fe2O3 và manhêtit Fe3O4), than cốc, không khí giàu ôxi và đá vôi CaCO3.
- Muốn sản xuất ra đƣợc 1 tấn gang cần phải sử dụng.
- QUẶNG SẮT Xỉ thép Xỉ thép Lò thổi ôxy Lò điện hồ quang Thép thành phẩm Lò tinh luyện Xỉ lò cao Lò cao Thép phế liệu Xỉ lò luyện hồ quang ĐÁ VÔI THAN ĐÁ Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường – Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Luận văn Thạc sĩ Ngành Kỹ thuật Môi trường tấn đá vôi làm chất trợ dung (là chất giúp chảy) vì trong quặng tuy đã làm giàu nhƣng vẫn còn đá không quặng.
- Quặng sắt, than cốc, đá vôi có kích thƣớc vừa phải đƣợc đƣa qua miệng lò cao và xếp thành từng lớp.
- Gang nóng chảy từ lò cao đƣợc chuyển sang lò thổi để tiếp tục đƣợc ôxi hoá làm giảm hàm lƣợng cacbon.
- C + 1/2O2 → CO Đồng thời các phản ứng ôxi hoá khác cũng xảy ra trong lò thổi và lò tinh luyện để loại bỏ các tạp chất có trong gang và tạo thành sản phẩm thép và xỉ thép Si + O2 → SiO2 2P + 5/2O2 → P2O5 Mn + 1/2O2 → MnO Fe + 1/2O2 → FeO 2Fe + 3/2O2 → Fe2O3 Xỉ luyện thép có thể đƣợc phân thành 3 loại chính là xỉ lò cao đƣợc hình thành trong quá trình chuyển quặng thành gang trong lò cao, xỉ thép đƣợc hình thành trong Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường – Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Luận văn Thạc sĩ Ngành Kỹ thuật Môi trường 5 quá trình tinh luyện gang thành thép và xỉ lò điện hồ quang là xỉ đƣợc hình thành trong lò điện hồ quang với nguồn nguyên liệu chủ yếu là sắt thép phế liệu.
- Riêng xỉ lò cao có 3 dạng khác nhau phụ thuộc vào quá trình nung luyện và chế độ làm lạnh sau khi nấu chảy [3.
- Nó có khả năng hoạt hoá cao, có khả năng hydrat hoá, đóng rắn và cho cƣờng độ.
- Thành phần hoá học Xỉ là sản phẩm phụ của ngành công nghiệp luyện thép sử dụng các loại nguyên liệu nhƣ quặng sắt, than cốc, đá vôi.
- Do đó, thành phần hoá học của xỉ phụ thuộc vào chất lƣợng và loại nguyên liệu.
- Thành phần chính của xỉ là sắt, canxi, nhôm, silic thƣờng tồn tại dƣới dạng các ôxit nhƣ FeO, Fe2O3, CaO, Al2O3, SiO2 do quá trình ôxi hóa ở nhiệt độ cao.
- Ngoài ra, trong xỉ còn chứa hàm lƣợng cao các nguyên tố vết nhƣ crôm, vanadi, và các anion nhƣ florua, sunphua… Thành phần hóa học đặc trƣng của xỉ luyện thép đƣợc thể hiện trong Bảng 1.1.
- Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường – Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Luận văn Thạc sĩ Ngành Kỹ thuật Môi trường 6 Bảng 1.1.
- Thành phần hoá học của xỉ luyện thép (Đơn vị: mg/kg) [20] Nguyên tố Hàm lƣợng Nguyên tố Hàm lƣợng Fe 242 000 Zn 244 Ca 221 000 Nb 198 Al 219 000 Sr 178 Si 57 700 Cu 166 Mg 45 200 Zr 55,2 Mn 39 300 Ni 45 Cr 7 760 Pb 21,5 P 4 600 Mo 20,6 Na 3 700 Sn 17,5 Ti 2 800 Co 5,8 S 1 260 As 5,3 V 1 210 Cd 0,45 Ba 728 Be

Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn
hoặc xem Tóm tắt