Phương pháp sản xuất vật liệu thuỷ tinh từ tro xỉ

Tiêu dùng bền vững

30/03/2020

Phương pháp sản xuất vật liệu thủy tinh từ tro xỉ nhiệt điện mà không cần lọc sạch cacbon xuống dưới 4% của Viện Kỹ thuật hóa học, Đại học Bách khoa Hà Nội đã giúp tận dụng tài nguyên cũng như làm giảm gánh nặng lên môi trường hơn so với các phương pháp trước đây.

Tro xỉ đang là vấn đề đau đầu với nhiều nhà máy nhiệt điện hiện nay (Ảnh: Nhà máy nhiệt điện Vĩnh Tân. Nguồn: Vietnamplus)

Xử lý tro xỉ để kiểm soát ô nhiễm môi trường đang là vấn đề đau đầu với ngành nhiệt điện vì đây là một ngành phát sinh chất thải rất lớn, trung bình để sản xuất 1kWh điện (sử dụng nhiên liệu than cám) sẽ thải ra từ 0,9 - 1,5 kg tro, xỉ. Dự kiến sau năm 2020, hàng chục nhà máy nhiệt điện tại Việt Nam sẽ thải ra lượng tro xỉ rất lớn (hàng chục triệu tấn tro xỉ/năm). Do vậy, xử lý, tái sử dụng tro, xỉ của các nhà máy nhiệt điện là nhiệm vụ cấp bách trong bối cảnh hiện nay.

Hiện nay, thành phần hóa học của tro xỉ nhiệt điện có thể dùng để tổng hợp vật liệu thủy tinh và gốm thủy tinh hoặc sản phẩm thay thế cho gạch ốp, lát dạng gốm hay granite đang được dùng trong các công trình xây dựng... Tuy nhiên các phương pháp tổng hợp để “tái chế” tro xỉ này chỉ phù hợp với dạng tro xỉ đã tuyển lọc làm sạch cacbon lẫn bên trong nên giá thành sản xuất vẫn cao. Do vậy, nhóm nghiên cứu của PGS.TS Vũ Hoàng Tùng, Viện Kỹ thuật hóa học, Đại học Bách khoa Hà Nội cùng cộng sự đã tìm ra giải pháp kỹ thuật nhằm giải quyết vấn đề này.

Nhóm nghiên cứu sử dụng tro xỉ làm nguyên liệu chính, cùng với nguyên liệu bổ sung là đá vôi (CaCO₃), có thể có thêm cát (SiO₂) và các chất phụ gia điều chỉnh. Khối lượng các chất tùy theo yêu cầu kỹ thuật sản xuất từng loại vật liệu thủy tinh hoặc gốm thủy tinh khác nhau, và thành phần hóa học của tro xỉ.

Bước đầu tiên là trộn đều nguyên liệu gồm tro xỉ, đá vôi, cát (nếu có). Trong đó, đá vôi chiếm 10% đến 20% khối lượng, cát từ 0 đến 20%. Sau đó bổ sung lượng nước bằng 5% tổng khối lượng nguyên liệu.

Hỗn hợp này được nung ở 1500^oC cho đến khi đạt trạng thái thủy tinh đồng nhất rồi để nguội đến 1050^oC. Sau đó, định hình thành dạng tấm và đưa vào lò ủ khử ứng suất (cách ủ làm giảm nội lực để tránh nứt chi tiết, nung nhiệt độ tới 500 - 600⁰C, giữ trong thời gian nhất định, làm nguội chậm cùng lò) để tạo ra vật liệu thủy tinh, hoặc lò ủ kết tinh (nung nóng đến nhiệt độ cao hơn nhiệt độ tới hạn, giữ trong một thời gian và nhanh chóng làm nguội đến nhiệt độ phòng) để tạo ra gốm thủy tinh.

Vật liệu tạo ra theo cách này có giá thành thấp do tận dụng được nguồn năng lượng là than chưa cháy hết có trong tro xỉ (hàm lượng cacbon lớn hơn 8%) và sử dụng nguyên liệu tro xỉ không cần qua khâu tuyển lọc. Cách làm này giúp tận dụng tài nguyên cũng như làm giảm gánh nặng lên môi trường hơn so với các phương pháp trước đây (bắt buộc hàm lượng cacbon phải nhỏ hơn 4%).

Gốm thủy tinh thu được bằng phương pháp này có thể đạt được những tính chất cơ, lý, hóa học và đặc biệt là tính thẩm mỹ cao hơn so với các sản phẩm gốm và granite khác mà nó thay thế. Vật liệu thủy tinh thu được có thể dùng để sản xuất kính xây dựng, bông sợi thủy tinh, sản phẩm thủy tinh dân dụng.

Nhờ tính mới và khả năng áp dụng công nghiệp nên giải pháp đã được Cục Sở hữu trí tuệ, Bộ Khoa học và Công nghệ cấp bằng độc quyền giải pháp hữu ích với số bằng: 2-0002123 công bố ngày 25/9/2019.

Kiều Anh