CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH SỬ DỤNG XỈ THẢI NHÀ MÁY THÉP LÀM PHỤ GIA KHOÁNG CHO BÊ TÔNG XI MĂNG 1.1) Khảo sát, đánh giá nguồn hạt xỉ nhà máy thép khu vực Tỉnh Bà Rịa Vũng Tàu 1.1 Nguồn gốc Xỉ là phế thải trong công nghiệp luyện kim, làm phế phẩm trong quá trình sản xuất kim loại từ quặng sắt hay quá trình tinh chế kim loại không nguyên chất. Trong quặng sắt thường có lẫn những tạp chất sét và cát nên khi sản xuất người ta thường cho vào cùng với quặng sắt một hàm lượng đá vôi thích hợp nhất định vào lò nung; Trong quá trình nung, giữa quặng sắt và đá vôi có phản ứng tạo thành các hợp chất silicat canxi, silicat alumin và silicat aluminate canxi magie. Xỉ thép được nấu chảy ở nhiệt độ 1400 – 16000C. Ở nhiệt độ này các hợp chất nóng chảy hoàn toàn.
Khối lượng riêng của các hợp chất nóng chảy này nhỏ hơn so với gang nên nổi lên trên. Người ta tháo ra ngoài và gọi là xỉ. Sản phẩm xỉ thép có các dạng khác nhau, phụ thuộc vào quá trình nung luyện và chế độ làm lạnh sau khi nấu chảy.2 Chất lượng Xỉ dạng cục Xỉ được làm lạnh chậm bằng không khí, chất nấu chảy dần chuyển sang màu xám, kết tinh và tạo dạng cục, tảng lớn.Cấu trúc xỉ rất đặc sít. Dạng xỉ này dùng cho kết cấu áo đường hoặc làm cốt liệu trong bê tong mà hướng đề tài nghiên cứu.
Khi làm lạnh nhanh hơn có kèm theo một lượng nước có hạn, sau đó hơi nước bị thu hồi lại, để lại các lỗ rỗng, rỗ tổ ong trong cấu trúc xỉ, gần tương tự như đá bọt. Vật liệu nhẹ xỉ bọt sau đó được nghiền và dùng làm phục gia khoáng cho bê tông. Thực hiện: Trần Hữu Bằng_ lớp cao học đường ôtô & Thành Phố K17 trang 9/72 Luận văn thạc sỹ khoa học kỹ thuật Hướng dẫn khoa học: TS.2) Tình hình sử dụng hạt xỉ nhà máy thép làm phụ gia khoáng cho bêtông xi măng 1. Trên thế giới “Theo thống kê ở châu Âu 85% lượng xỉ BOS (Basic Oxygen Steelmaking slag) đã được tái sử dụng với nhiều mục đích khác nhau trong đó 42% được ứng dụng trong xây dựng.
Còn ở Đức trong số 70% lượng xỉ EAF (Electric Arc Furnace slag) thì 66% được ứng dụng trong xây dựng còn lại 4% ứng dụng cho các mục đích khác nhau. Trong lĩnh vực xây dựng xỉ được sử dụng chủ yếu làm cốt liệu cho bêtông và phụ gia khoáng chế tạo bêtông ximăng” (Theo nguồn tài liệu sách Vật liệu mới GS TS Phạm Duy Hữu). Minoru Fujiwara, Giám đốc Điều hành Hiệp hội xỉ Nhật Bản, quá trình sản xuất xỉ lò cao và xỉ thép đã được áp dụng rộng rãi ở nhiều nước, đặc biệt là Nhật Bản. Theo số lượng thống kê trong ngành công nghiệp thép Nhật Bản, lượng xỉ lò cao trung bình là 290 kg/tấn gang và lượng xỉ thép trung bình cho 130 kg/tấn thép.
Tổng sản lượng xỉ lò cao và xỉ thép năm 2004 tại Nhật Bản là 37 triệu tấn. Những loại xỉ này đã, đang được sử dụng có hiệu quả như là vật liệu thô cho lĩnh vực xây dựng dân dụng ở Nhật Bản. Xỉ thép có tính chất vô hại, những thành phần cadmium, thuỷ ngân, crôm, chì, asen và sêlen không phát hiện được trong nước có xỉ. Xỉ này chứa silica và vôi nên nó được sử dụng làm phân bón ruộng lúa từ hơn 50 năm nay tại Nhật Bản, được nông dân đánh giá không chỉ cho sản lượng lúa mà còn cho chất lượng lúa tốt.
Xỉ lò cao còn được cho xuống đáy biển khi bị che phủ bởi bùn để cải thiện môi trường sống cho các loài nhuyễn thể. Vì tính chất cơ học và hoá học của xỉ lò cao tương tự như đá nghiền nên nó được sử dụng để làm vật liệu phụ cho xây dựng đường và làm cốt liệu thô cho bê tông. Xỉ này cũng có những tính chất cơ học và hoá học tương tự như cát tự nhiên nên nó được sử dụng để làm cốt liệu mịn cho bê tông. Bằng cách nghiền thành dạng bột, xỉ lò cao được dùng làm Thực hiện: Trần Hữu Bằng_ lớp cao học đường ôtô & Thành Phố K17 trang 10/72 Luận văn thạc sỹ khoa học kỹ thuật Hướng dẫn khoa học: TS.
Lê Văn Bách nguyên liệu cho xi măng vì có độ cứng cao. Xi măng xỉ có cường độ tăng ở độ tuổi dài ngày và bền vững. Takao Chikada, Giám đốc Công ty Xi măng xỉ Nippon Steel cho biết: những loại xi măng khác nhau có những tính chất khác nhau và được sử dụng một cách thích hợp cho các ứng dụng khác nhau. Ở Nhật Bản, xi măng xỉ chủ yếu được sử dụng cho các công trình bê tông dân dụng.
Đầu tiên, nó được sử dụng để xây dựng những công trình với khối lượng bê tông lớn như những con đập, móng cầu và những công trình gần biển. Gần đây, xi măng xỉ được sử dụng rộng rãi cho các công trình dân dụng bằng bê tông cốt thép và bê tông thường; được sử dụng chủ yếu làm móng cho các toà nhà trong lĩnh vực kiến trúc. Trong tiêu chuẩn cũng như quy cách cho công trình bê tông của Chính phủ và chính quyền địa phương Nhật Bản đều khuyến nghị sử dụng xi măng xỉ cho những công trình, những toà nhà cao tầng, nhưng vẫn khuyến nghị sử dụng xi măng pooclăng thông thường và xi măng pooclăng có cường độ ban đầu cao. Các nhà nghiên cứu về vật liệu xây dựng cho biết: sản xuất xi măng xỉ có thể tiết kiệm tài nguyên và năng lượng dẫn đến giảm tải ô nhiễm môi trường vì xi măng xỉ được sản xuất đơn giản bằng cách trộn xi măng pooclăng thông thường với xỉ dưới dạng bột.
Xi măng xỉ chứa 45% xỉ hiện đang được sử dụng nhiều nhất ở Nhật Bản. Lượng khí CO2 thải ra của xi măng chứa 45% xỉ là 412 kg/tấn trong khi xi măng pooclăng thông thường là 730 kg/tấn. Như vậy giảm được 44% khí CO2 khi dùng xi măng xỉ thay bằng dùng xi măng pooclăng thông thường vì cần ít lượng đá vôi nung hơn. Ở Việt Nam Thời gian qua, việc xử lý xỉ thép đã gây nên những lo ngại về nguy cơ ô nhiễm môi trường trên địa bàn tỉnh Bà Rịa – Vũng Tàu.
Trong khi đó, nếu được xử lý đúng cách, đúng công nghệ thì xỉ thép có thể thay thế các vật liệu tự nhiên cung cấp cho các hoạt động xây dựng công nghiệp, dân dụng… Thực hiện: Trần Hữu Bằng_ lớp cao học đường ôtô & Thành Phố K17 trang 11/72 Luận văn thạc sỹ khoa học kỹ thuật Hướng dẫn khoa học: TS. Lê Văn Bách Xỉ thép được hình thành như là một sản phẩm phụ trong quá trình sản xuất thép. Các thành phần hóa học chính của xỉ thép là Ôxít Canxi CaO, Sắt FexOy, Magiê MgO, Mangan MnO2, Silic SiO2 và Nhôm Al2O3,…ở các phức bền vững, trong đó thành phần chính là CaO, SiO2 và FexOy chiếm đến 80% trọng lượng của xỉ lò. Xỉ lò điện hồ quang phát sinh từ quá trình luyện thép và được lấy ra ở nhiệt độ 16000C.
Ở nhiệt độ này, các kim loại nặng, chất hữu cơ, chất dễ bay hơi độc hại hoàn toàn không có mặt trong xỉ thép vì ở nhiệt độ > 1.2000C thì mọi chất thải nguy hại đều bị tiêu hủy hoàn toàn. Xỉ thép có tính chất cơ học rất tốt do cấu trúc tinh thể đặc biệt, được so sánh tương tự hoặc tốt hơn so với cấu trúc của đá tự nhiên. Xỉ thép có những ưu điểm sau: Độ ma sát tốt hơn so với bê tông asphalt; độ bền cao và chịu đựng tốt trong điều kiện thời tiết xấu. Vì vậy, xỉ thép được dùng để thay thế các loại vật liệu có nguồn gốc tự nhiên nhằm hạn chế khai thác tài nguyên thiên nhiên, bảo vệ môi trường và tiết kiệm năng lượng.
Hơn 100 năm qua, tại Mỹ, Châu Âu, Nhật Bản, xỉ thép đã được ứng dụng rộng rãi trong xây dựng các công trình xây dựng dân dụng, công nghiệp, phát triển giao thông,. xỉ thép nếu đã qua quá trình xử lý, tái chế, sẽ cho ra các sản phẩm thay thế cho các vật liệu tự nhiên để làm đường bê tông asphalt, làm vật liệu trải đường hoặc làm móng các công trình giao thông; làm cốt liệu cho đổ bê tông làm nền nhà xưởng, kho bãi; xỉ thép thay thế cho đá để chống sạt lở các công trình đê, kè biển; do tính chất hóa lý đặc biệt, xỉ thép còn được sử dụng làm vật liệu để xử lý nước thải nhiễm Phốt pho, nhiễm a xít, xử lý nước mưa nhiễm bẩn hoặc lọc nước thải có chứa nhiều chất bẩn và kim loại nặng. Ngoài ra, do hàm lượng đá vôi có nhiều trong xỉ thép và chứa một số khoáng chất đặc biệt nên nó còn có thể dùng làm phân bón, cải tạo đất hoặc phục hồi hệ sinh thái đáy biển, đáy sông bị tàn phá do các hoạt động nạo vét luồng tàu để làm cảng biển, cảng sông,… Với những tích chất như trên, xỉ thép được xem như là một sản phẩm có ích, thân thiện với môi trường, không phải là chất thải cần phải loại bỏ hoặc đem chôn lấp. Thực hiện: Trần Hữu Bằng_ lớp cao học đường ôtô & Thành Phố K17 trang 12/72 Luận văn thạc sỹ khoa học kỹ thuật Hướng dẫn khoa học: TS.
Lê Văn Bách Bà Rịa – Vũng Tàu tập trung nhiều nhà máy luyện thép và được xem như là trung tâm luyện kim của cả nước với sản lượng phôi thép khoảng 3,75 triệu tấn/năm, khối lượng xỉ thép được dự báo khoảng 412. Xỉ thép phát sinh từ luyện thép nhưng chưa được tái chế sẽ gây ra những vấn đề như bụi, nước mưa chảy tràn qua bãi chứa xỉ, là gánh nặng về môi trường và kinh tế cho các nhà máy luyện thép, đồng thời nó sẽ làm mất đất và lãng phí tài nguyên nếu đem đi chôn lấp. Với tốc độ phát triển công nghiệp nhanh chóng, đặc biệt là các KCN của tỉnh đều tập trung ở khu vực hạ lưu sông Thị Vải là những vùng đất ngập nước nên cần một khối lượng rất lớn đất, cát, đá để phục vụ xây dựng hạ tầng kỹ thuật, các công trình cảng biển, kho bãi logistic và các dự án đầu tư công nghiệp. Nếu nghiên cứu sử dụng xỉ thép để làm vật liệu thay thế đá, đất, phụ gia khoáng…thì sẽ giảm được một phần sức ép cho tỉnh về nguồn cung cấp vật liệu xây dựng, giảm tình trạng khai thác cạn kiệt tài nguyên thiên nhiên và góp phần bảo vệ môi trường, giúp các nhà máy thép thay đổi hình ảnh theo hướng tích cực về bảo vệ môi trường.
Công nghệ xử lý, tái chế xỉ thép đơn giản, không phức tạp.