Nhóm nghiên cứu trường đại học sản xuất xi măng từ tro đáy nhà máy nhiệt điện

Tro xỉ nhà máy nhiệt điện tận dụng làm xi măng đáp ứng tiêu chuẩn Việt Nam.

Qua đó góp phần giải bài toán lượng tro thải nhà máy nhiệt điện đang ngày càng nhiều lên.

Tìm đầu ra cho chất thải nhà máy nhiệt điện

“Nghiên cứu xử lý vật liệu môi trường tro đáy nhiệt điện trong sản xuất xi măng Portland PCB40” là đề tài do ThS Lê Minh Sơn và cộng sự, Trường Đại học Bách Khoa, Đại học Quốc gia TPHCM thực hiện.

ThS Lê Minh Sơn cho biết, hiện nay, các nhà máy nhiệt điện đang thải ra lượng tro đáy lớn, tro này gây ô nhiễm môi trường nhưng hiện tại chưa có biện pháp xử lý triệt để. Đề tài nhằm nghiên cứu tận dụng các nguồn phế phẩm tro đáy tạo ra những sản phẩm thân thiện với môi trường.

Các sản phẩm sinh ra từ việc đốt than tỷ lệ thuận với chủng loại than và lượng than tiêu thụ. Khí nóng sau khi đi qua dãy ống lò hơi được xả ra ngoài qua các thiết bị lọc bụi tĩnh điện hoặc lọc bụi túi, sản phẩm thu hồi từ các thiết bị này gọi là tro bay thông thường chiếm 80 - 90%.

Còn tro đáy được hình thành khi các hạt tro mềm hoặc chảy, bám chặt vào tường lò và ống nồi hơi. Những hạt lớn hơn tích tụ, rơi xuống phễu nằm ở đáy lò, nơi chúng được thu thập và thường chứa chủ yếu các hạt kích thước phân cấp.

Thành phần hóa học chính của tro đáy là CaO, Fe2O3, MgO, MnO2, SiO2 và Al2O3… ở các phức bền vững, trong đó thành phần chính là SiO2, Al2O3, CaO và Fe2O3 chiếm trên 80% trọng lượng.

Do đó, nghiên cứu xử lý vật liệu môi trường tro đáy nhiệt điện trong sản xuất xi măng Portland PCB40 rất cần thiết. Nghiên cứu tro đáy giúp giảm sử dụng clinker, tài nguyên khoáng sản đá vôi, đất sét, nhiên liệu than đá. Điều này đồng nghĩa với việc giảm lượng khí thải trong quá trình sản xuất clinker và bảo vệ các nguồn tài nguyên thiên nhiên, bảo vệ môi trường.

Để sản xuất xi măng với nguyên liệu là tro đáy, nhóm sử dụng các nguyên liệu gồm clinker, đá vôi, puzolan, thạch cao, tro đáy nhiệt điện Vĩnh Tân. Các nguyên liệu được kiểm tra chất lượng theo tiêu chuẩn và thỏa mãn yêu cầu kỹ thuật trước khi sử dụng.

Đá puzolan là nguyên liệu mang lại lợi ích cao khi là một phụ gia hoạt tính cao. Theo tiêu chuẩn Việt Nam áp dụng cho xi măng portland hỗn hợp, tổng lượng phụ gia khoáng cho phép phối trộn trực tiếp vào clinker xi măng không qua khâu nung luyện với tỷ lệ lên tới 40% tùy thuộc chất lượng clinker. Đá vôi có công thức hóa học CaCO3, có nhiệm vụ cung cấp CaO cho xi măng.

Vật liệu clinker được lấy từ nguồn clinker của Nhà máy Xi măng Vicem Hà Tiên Kiên Lương, dạng viên tròn kích thước 1 - 2cm. Chất lượng clinker đáp ứng yêu cầu kỹ thuật tiêu chuẩn Việt Nam.

Tro đáy dùng để nghiên cứu là loại tro nhiệt điện đốt than tầng sôi được lấy từ nhà máy nhiệt điện Vĩnh Tân - Bình Thuận. Sự có mặt của SiO2, Al2O3 cho thấy, tro đáy có thể tạo phản ứng pozzolanic giúp tăng độ hoạt tính của xi măng. Thạch cao của nhà máy được nhập từ nguồn thạch cao Thái Lan với thành phần chủ yếu là CaSO4.2H2O.

Tìm ra công thức phối trộn tối ưu

Nhóm nghiên cứu thực hiện các cấp phối thay đổi theo hàm lượng tro đáy tăng từ 0%, 2%, 4%, 6%, 8%, 10% được thay thế lượng clinker tương ứng. Khi tăng hàm lượng tro đáy, lượng nước tiêu chuẩn cũng tăng lên. Do tro đáy có xu hướng hút nước mạnh mẽ, điều này lượng nước tạo độ dẻo cho hồ xi măng bị giảm xuống.

Thời gian bắt đầu và thời gian kết thúc quá trình ninh kết tăng dần theo hàm lượng tro đáy thêm vào xi măng. Do thời gian ninh kết của xi măng chủ yếu phụ thuộc vào thành phần khoáng C3A, khi tăng lượng tro đáy, đồng thời giảm lượng clinker thì kéo theo khoáng C3A cũng giảm.

Mẫu vữa PCB4 sau 28 ngày có cường độ nén thỏa mãn tiêu chuẩn xi măng PCB40. Sau khi đo cường độ nén 28 ngày, lấy mẫu đem chụp SEM với các độ phóng đại khác nhau 2.000, 5.000, 10.000, 15.000 lần để quan sát cấu trúc hình thành và phát triển bên trong ở các độ phóng đại khác nhau.

Dựa trên hình ảnh SEM của mẫu vữa chụp ở các độ phóng đại khác nhau có thể thấy, mẫu vữa có cấu trúc đặc chắc, chứng tỏ khả năng thủy hóa và kết dính của xi măng, phụ gia xỉ đáy tốt. Mẫu có nhiều khoáng dạng tấm là khoáng C-S-H, khoáng giúp tăng cường độ cho vữa. Ngoài ra, còn xuất hiện khoáng monosunfat dạng tấm lục giác đan xen lẫn nhau và tinh thể ettringite hình kim.

Từ đó nhóm nghiên cứu kết luận, tro đáy là chất thải của Nhà máy Nhiệt điện Duyên Hải được sử dụng làm phụ gia trong sản xuất xi măng Portland PCB40. Với hàm lượng 4% tro đáy thay clinker trong xi măng vẫn đảm bảo yêu cầu kỹ thuật của xi măng có cường độ nén sau 28 ngày 40,3MPa, lượng nước tiêu chuẩn 26,45%; thời gian ninh kết bắt đầu 125 phút, kết thúc ninh kết 180 phút.

ThS Sơn cho biết, trên cả nước, tổng lượng tro, xỉ, thạch cao chỉ tiêu thụ được hơn 30% (tương đương 5 triệu tấn) so với tổng lượng thải ra hàng năm. Như vậy, 70% tồn đọng đang gây áp lực rất lớn về bãi chứa và vấn đề bảo vệ môi trường.

Hiện nay, một số cơ sở sản xuất vật liệu xây dựng đã nghiên cứu, đầu tư công nghệ để có thể sử dụng tro, xỉ, thạch cao thay thế nguyên liệu trong sản xuất vật liệu xây dựng không nung, sản xuất xi măng, bê tông, làm vật liệu san lấp trong các công trình xây dựng.

Việc xử lý và sử dụng tro xỉ tại các nhà máy nhiệt điện sẽ giải quyết được nhiều mục tiêu như tiết kiệm diện tích đất đai dùng làm bãi chứa thải, giảm thiểu ô nhiễm môi trường, tạo thêm nguồn thu từ các sản phẩm đã được xử lý, tăng hiệu quả đầu tư của các dự án.

Tận dụng tro xỉ thải là một giải pháp tạo nguồn nguyên liệu cơ bản, nhằm ổn định để phát triển bền vững cho ngành vật liệu xây dựng, hạn chế sử dụng nhiều tài nguyên thiên nhiên, khoáng sản, nhiên liệu phát thải nhiều ra môi trường gây ô nhiễm và hiệu ứng nhà kính.

Để khuyến khích phát triển thị trường tiêu thụ tro, xỉ tại Việt Nam, cần có lộ trình hạn chế và tiến tới cấm sản xuất vật liệu nung; xây dựng cơ chế khuyến khích các tổ chức, cá nhân thuộc thành phần kinh tế khác sử dụng sản phẩm sản xuất từ tro, xỉ.

Mai Nhật