Tận dụng tro đáy nhiệt điện để sản xuất xi măng

Khoa học công nghệ

03/10/2024

Theo nghiên cứu của nhóm tác giả ở Trường Đại học Bách khoa TP.Hồ Chí Minh, tro đáy nhiệt điện là nguyên liệu phù hợp làm phụ gia trong sản xuất xi măng Portland PCB40 với hàm lượng sử dụng 4% khối lượng clinker.

Trong bối cảnh công nghiệp hóa đất nước, Việt Nam phải đối mặt với những vấn đề do ngành công nghiệp phát triển gây ra như ô nhiễm môi trường từ phế thải công nghiệp. Các sản phẩm sinh ra từ việc đốt than tỷ lệ thuận với chủng loại than và lượng than tiêu thụ.

Tại các nhà máy nhiệt điện, khi các hạt than nghiền mịn bị đốt cháy, chúng bị hóa mềm hoặc chảy lỏng ở trạng thái lơ lửng. Tro than bay theo dòng khí nóng, sau khi đi qua dãy ống lò hơi được thải 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. Lượng tro bay thông thường chiếm 80 - 90% lượng tro xỉ do đốt cháy than tạo ra. Một phần tro than bị hoá mềm hoặc chảy lỏng ở nhiệt độ cao, bám vào tường lò và ống nồi hơi. Những hạt lớn hơn tích tụ và rơi xuống phễu nằm ở đáy lò và thải ra ngoài. Phần tro này gọi là tro đáy, chiếm 10 - 20% tổng lượng tro xỉ hình thành.

Thành phần hóa học chính của tro đáy là CaO, Fe₂O₃, MgO, MnO2, SiO₂, Al₂O₃,… Trong đó, các thành phần chính - SiO₂ , Al₂O₃, CaO và Fe₂O₃ - chiếm hơn 80% trọng lượng của tro đáy.

Hiện nay, các nhà máy nhiệt điện đang thải ra lượng tro đáy lớn, gây ô nhiễm môi trường nhưng chưa có biện pháp xử lý triệt để. Do đó, việc tận dụng vật liệu tro đáy nhiệt điện trong sản xuất xi măng Portland PCB40 có thể giúp giảm sử dụng lượng clinker, tài nguyên khoáng sản đá vôi, đất sét, nhiên liệu than đá. Từ đó cũng giảm được lượng khí thải trong quá trình sản xuất clinker và bảo vệ các nguồn tài nguyên thiên nhiên, bảo vệ môi trường.

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

Xuất phát từ thực tế đó, các nhà nghiên cứu trường Đại học Bách Khoa, Đại học Quốc gia TP.HCM đã thực hiện đề tài “Nghiên cứu xử lý vật liệu môi trường tro đáy nhiệt điện trong sản xuất xi măng portland PCB40”.

ThS. Lê Minh Sơn - chủ nhiệm đề tài cho biết: 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.

Cụ thể, vật liệu clinker được lấy từ nguồn clinker của nhà máy Xi măng Vicem Hà Tiên Kiên Lương, dạng viên tròn kích thước 1 - 2 cm. 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.

Để 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%, 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.

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.

Từ các kết quả trên, nhóm nghiên cứu kết luận, tro đáy là nguyên liệu phù hợp làm phụ gia trong sản xuất xi măng Portland PCB40 với hàm lượng sử dụng 4% khối lượng clinker, đạt cường độ sau 28 ngày 40,3 Mpa, lượng nước tiêu chuẩn 26,45%; thời gian ninh kết bắt đầu 125 phút, kết thúc ninh kết 180 phút.

Hình ảnh SEM mẫu PCB4 phóng đại 2000; 5000; 10000;15000 lần.

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.

"Xi măng PCB40 là một trong những loại xi măng được sử dụng phổ biến và rộng rãi trong các công trình xây dựng. Việc tận dụng nguồn tro xỉ tại các nhà máy nhiệt điện để sản xuất si măng PCB40 sẽ giúp tiết kiệm diện tích chứa bãi thải, giảm ô nhiễm môi trường, tăng nguồn thu cho các nhà máy nhiệt điện", ThS. Sơn cho biết.

Hương Trà

Tags: