Nghiên cứu sử dụng tro xỉ từ nhà máy nhiệt điện Mông Dương trong sản xuất vật liệu xây dựng

Nghiên cứu sử dụng tro xỉ nhà máy nhiệt điện Mông Dương trong sản xuất vật liệu xây dựng. Luận văn thạc sĩ HUS cung cấp giải pháp tái chế tro xỉ, giảm thiểu tác động môi trường ...

• Tác giả: Nguyễn Thị Nhiên
• Người hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Thị Loan
• Trường học: Trường Đại học Khoa học Tự nhiên
• Chuyên ngành: Khoa học Môi trường
• Đề tài: Nghiên cứu sử dụng tro xỉ nhà máy nhiệt điện Mông Dương trong sản xuất vật liệu xây dựng
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ khoa học
• Năm xuất bản: 2016
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Tổng quan về tro xỉ
• 1.2. Tro bay và đặc tính
• 1.3. Các nghiên cứu tái sử dụng tro xỉ trên Thế giới và Việt Nam
• 1.4. Tổng quan về Nhà máy Nhiệt điện Mông Dương (NMNĐ)
• 1.5. Tổng quan về các công nghệ sản xuất gạch
• 2. CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Đối tượng nghiên cứu
• 2.2. Phương pháp nghiên cứu
• 2.3. Phương pháp thu thập dữ liệu
• 2.4. Phương pháp thí nghiệm
• 2.5. Phương pháp thực nghiệm
• 2.6. Phương pháp đánh giá: nhận xét, đánh giá kết quả thu được, từ đó đánh giá tính khả thi của đề tài
• 2.7. Phương pháp nghiên cứu phân tích lợi ích môi trường mở rộng
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Kết quả thí nghiệm xác định thành phần, tính chất của tro đáy
• 3.2. Tỉ trọng thể rắn
• 3.3. Thành phần kim loại nặng
• 3.4. Thành phần khoáng
• 3.5. Kết quả thực nghiệm với ứng dụng sản xuất gạch từ tro đáy
• 3.5.1. Gạch nung truyền thống
• 3.5.2. Đối với gạch ép không nung (xi măng cốt liệu)
• 3.6. Tính toán lợi ích kinh tế
• KẾT LUẬN KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về ứng dụng tro xỉ nhà máy nhiệt điện Mông Dương

Tro xỉ từ các nhà máy nhiệt điện, đặc biệt là Nhà máy Nhiệt điện Mông Dương, đang trở thành một nguồn tài nguyên quý giá trong sản xuất vật liệu xây dựng. Việc tái sử dụng tro xỉ không chỉ giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường mà còn tiết kiệm chi phí nguyên liệu. Tro xỉ có thể được sử dụng để sản xuất gạch, bê tông và nhiều loại vật liệu xây dựng khác. Nghiên cứu này sẽ phân tích các đặc tính của tro xỉ và ứng dụng của nó trong ngành xây dựng.

1.1. Đặc điểm và thành phần của tro xỉ nhà máy nhiệt điện

Tro xỉ từ Nhà máy Nhiệt điện Mông Dương chủ yếu bao gồm tro bay và tro đáy. Tro bay có kích thước hạt nhỏ, dễ bay hơi, trong khi tro đáy có kích thước lớn hơn và thường nằm ở đáy lò. Thành phần hóa học của tro xỉ bao gồm các oxit như SiO2, Al2O3, Fe2O3, và CaO, với hàm lượng kim loại nặng cũng cần được xem xét để đảm bảo an toàn môi trường.

1.2. Lợi ích của việc tái sử dụng tro xỉ trong xây dựng

Việc tái sử dụng tro xỉ trong sản xuất vật liệu xây dựng mang lại nhiều lợi ích. Đầu tiên, nó giúp giảm thiểu lượng chất thải ra môi trường. Thứ hai, tro xỉ có thể thay thế một phần nguyên liệu truyền thống như đất sét và cát, từ đó giảm chi phí sản xuất. Cuối cùng, các sản phẩm từ tro xỉ thường có tính năng vượt trội như khả năng cách âm và chống thấm tốt hơn.

II. Thách thức trong việc ứng dụng tro xỉ nhà máy nhiệt điện

Mặc dù có nhiều lợi ích, việc ứng dụng tro xỉ trong sản xuất vật liệu xây dựng cũng gặp phải một số thách thức. Các vấn đề này bao gồm chất lượng tro xỉ, quy trình sản xuất và nhận thức của người tiêu dùng. Để giải quyết những thách thức này, cần có các nghiên cứu và chính sách hỗ trợ từ chính phủ.

2.1. Vấn đề chất lượng tro xỉ trong sản xuất

Chất lượng của tro xỉ phụ thuộc vào loại than sử dụng và quy trình đốt. Tro xỉ có thể chứa các kim loại nặng, do đó cần phải kiểm tra và xử lý trước khi sử dụng. Việc này đảm bảo rằng sản phẩm cuối cùng an toàn cho sức khỏe con người và môi trường.

2.2. Quy trình sản xuất vật liệu từ tro xỉ

Quy trình sản xuất vật liệu từ tro xỉ cần được tối ưu hóa để đảm bảo hiệu quả và chất lượng. Các công nghệ hiện đại như ép gạch không nung và sản xuất bê tông tro bay đang được áp dụng. Tuy nhiên, cần có sự đầu tư vào công nghệ và đào tạo nhân lực để nâng cao năng lực sản xuất.

III. Phương pháp nghiên cứu ứng dụng tro xỉ trong sản xuất vật liệu

Nghiên cứu này sử dụng các phương pháp thí nghiệm và phân tích để đánh giá tính khả thi của việc sử dụng tro xỉ trong sản xuất vật liệu xây dựng. Các mẫu tro xỉ sẽ được thu thập và phân tích để xác định thành phần hóa học và tính chất vật lý.

3.1. Phương pháp thu thập và phân tích mẫu tro xỉ

Mẫu tro xỉ sẽ được thu thập từ Nhà máy Nhiệt điện Mông Dương và các nhà máy khác để so sánh. Các phương pháp phân tích hóa học và vật lý sẽ được áp dụng để xác định thành phần và tính chất của tro xỉ, từ đó đánh giá khả năng ứng dụng trong sản xuất vật liệu.

3.2. Thí nghiệm sản xuất gạch từ tro xỉ

Các thí nghiệm sẽ được thực hiện để sản xuất gạch từ tro xỉ. Quy trình sản xuất sẽ bao gồm trộn tro xỉ với các nguyên liệu khác như xi măng và nước, sau đó ép và nung để tạo ra sản phẩm gạch. Kết quả sẽ được đánh giá dựa trên các tiêu chí như độ bền, khả năng chống thấm và tính năng cách âm.

IV. Kết quả nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn

Kết quả nghiên cứu cho thấy tro xỉ từ Nhà máy Nhiệt điện Mông Dương có thể được sử dụng hiệu quả trong sản xuất gạch và bê tông. Các sản phẩm này không chỉ đáp ứng tiêu chuẩn chất lượng mà còn có giá thành cạnh tranh hơn so với các sản phẩm truyền thống.

4.1. Đánh giá chất lượng gạch sản xuất từ tro xỉ

Gạch sản xuất từ tro xỉ cho thấy độ bền cao và khả năng chống thấm tốt. Các thử nghiệm cho thấy gạch có thể chịu được áp lực lớn và không bị nứt vỡ trong điều kiện thời tiết khắc nghiệt. Điều này chứng tỏ rằng tro xỉ có thể thay thế một phần nguyên liệu truyền thống trong sản xuất gạch.

4.2. Ứng dụng thực tiễn trong xây dựng

Nhiều dự án xây dựng đã áp dụng gạch sản xuất từ tro xỉ, từ các công trình dân dụng đến công trình công nghiệp. Việc sử dụng vật liệu này không chỉ giúp tiết kiệm chi phí mà còn góp phần bảo vệ môi trường. Các nhà thầu xây dựng cũng đã nhận thấy lợi ích kinh tế từ việc sử dụng gạch tro xỉ.

V. Kết luận và triển vọng tương lai của ứng dụng tro xỉ

Việc ứng dụng tro xỉ trong sản xuất vật liệu xây dựng là một giải pháp bền vững, giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường và tiết kiệm chi phí. Tương lai của việc sử dụng tro xỉ trong ngành xây dựng sẽ phụ thuộc vào sự phát triển của công nghệ và chính sách hỗ trợ từ chính phủ.

5.1. Tương lai của việc tái sử dụng tro xỉ

Với sự gia tăng nhận thức về bảo vệ môi trường, việc tái sử dụng tro xỉ sẽ ngày càng trở nên phổ biến. Các nghiên cứu và phát triển công nghệ mới sẽ giúp nâng cao chất lượng và hiệu quả của việc sử dụng tro xỉ trong sản xuất vật liệu xây dựng.

5.2. Chính sách hỗ trợ từ chính phủ

Chính phủ cần có các chính sách hỗ trợ để khuyến khích việc tái sử dụng tro xỉ. Các chương trình đào tạo và hỗ trợ tài chính cho các doanh nghiệp sản xuất vật liệu xây dựng từ tro xỉ sẽ giúp thúc đẩy sự phát triển của ngành này.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1. Tổng quan về tro xỉ Trong các nhà máy nhiệt điện, sau quá trình đốt cháy nhiên liệu than đá phần phế thải rắn tồn tại dưới hai dạng: Tro thu được trong hệ thống lọc bụi tĩnh điện là tro bay (fly ash), tro thu được ở đáy của quá trình đốt tầng sôi gọi là tro đáy (bottom ash).Tro bay và đặc tính Trước đây ở châu Âu cũng như ở Vương quốc Anh phần tro này thường được cho là tro của nhiên liệu đốt đã được nghiền mịn [32]. Nhưng ở Mỹ, loại tro này được gọi là tro bay bởi vì nó thoát ra cùng với khí ống khói và “bay” vào trong không khí. Và thuật ngữ tro bay (fly ash) được dùng phổ biến trên thế giới hiện nay để chỉ phần thải rắn thoát ra cùng các khí ống khói ở các nhà máy nhiệt điện.

Theo cách phân loại của Canada, tro bay được chia làm ba loại:  Loại F: Hàm lượng CaO ít hơn 8%  Loại CI: Hàm lượng CaO lớn hơn 8% nhưng ít hơn 20%  Loại C: Hàm lượng CaO lớn hơn 20% Trên thế giới hiện nay, thường phân loại tro bay theo tiêu chuẩn ASTM C618. Theo cách phân loại này thì phụ thuộc vào thành phần các hợp chất mà tro bay được phân làm hai loại là loại C và loại F [11] được trình bày trong bảng 1.  Phân loại theo tiêu chuẩn ASTM C618:  Tro bay là loại F nếu tổng hàm lượng (SiO2 + Al2O3 + Fe2O3) lớn hơn 70%.  Tro bay là loại C nếu tổng hàm lượng (SiO2 + Al2O3 + Fe2O3) nhỏ hơn 70%.

Cụ thể, quá trình phân loại tro bay theo tiêu chuẩn ASTM C618 được trình bày trong bảng 1.1: 3 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.1: Tiêu chuẩn tro bay theo ASTM C618 [11] Các yêu cầu theo tiêu chuẩn ASTM Đơn vị Lớn nhất Nhóm Nhóm C618 /nhỏ nhất F C Yêu cầu hóa học Tổng hàm lượng % nhỏ nhất 70 50 (SiO2 + Al2O3 + Fe2O3) SO3 % lớn nhất 5 5 Hàm lượng ẩm % lớn nhất 3 3 Hàm lượng mất khi nung (MKN) % lớn nhất 5 5 Yêu cầu hóa học không bắt buộc Chất kiềm % 1,5 1,5 Yêu cầu vật lý Độ mịn (+325) % lớn nhất 34 34 Hoạt tính pozzolanic so với xi măng (7 % nhỏ nhất 75 75 ngày) Hoạt tính pozzolanic so với xi măng (28 % nhỏ nhất 75 75 ngày) Lượng nước yêu cầu % lớn nhất 105 105 Độ nở trong nồi hấp % lớn nhất 0,8 0,8 Yêu cầu độ đồng đều về tỷ trọng % lớn nhất 5 5 Yêu cầu độ đồng đều về độ mịn % lớn nhất 5 5  Các đặc trưng của tro bay Thành phần hóa học trong tro bay: Tro bay của các nhà máy nhiệt điện gồm chủ yếu các sản phẩm tạo thành từ 4 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] quá trình phân hủy và biến đổi của các chất khoáng có trong than đá [16]. Thông thường, tro ở đáy lò chiếm khoảng 25% và tro bay chiếm khoảng 75% tổng lượng tro thải ra. Hầu hết các loại tro bay đều là các hợp chất silicat bao gồm các oxit kim loại như SiO2, Al2O3, Fe2O3, TiO2, MgO, CaO,… với hàm lượng than chưa cháy chỉ chiếm một phần nhỏ so với tổng hàm lượng tro, ngoài ra còn có một số kim loại nặng như Cd, Ba, Pb, Cu, Zn,. Thành phần hóa học của tro bay phụ thuộc vào nguồn nguyên liệu than đá sử dụng để đốt và điều kiện đốt cháy trong các nhà máy nhiệt điện.

Thành phần hóa học của tro bay tại một số quốc gia được trình bày trong bảng 1.2: Thành phần hóa học của tro bay tại các quốc gia [29] Thành phần Tỷ lệ (% khối lượng) Châu Âu Mỹ Trung Quốc Ấn Độ Australia SiO2 28,5-59,7 37,8-58,5 35,6-57,2 50,2-59,7 48,8-66,0 Al2O3 12,5-35,6 19,1-28,6 18,8-55,0 14,0-32,4 17,0-27,8 Fe2O3 2,6-21,2 6,8-25,5 2,3-19,3 2,7-14,4 1,1-13,9 CaO 0,5-28,9 1,4-22,4 1,1-7,0 0,6-2,6 2,9-5,3 MgO 0,6-3,8 0,7-4,8 0,7-4,8 0,1-2,1 0,3-2,0 Na2O 0,1-1,9 0,3-1,8 0,6-1,3 0,5-1,2 0,2-1,3 K2 O 0,4-4,0 0,9-2,6 0,8-0,9 0,8-4,7 1,1-2,9 P2O5 0,1-1,7 0,1-0,3 1,1-1,5 0,1-0,6 0,2-3,9 TiO2 0,5-2,6 1,1-1,6 0,2-0,7 1,0-2,7 1,3-3,7 MnO 0,03-0,2 - - 0,5-1,4 - SO3 0,1–12,7 0,1–2,1 1,0–2,9 - 0,1–0,6 MKN 0,8–32,8 0,2–11,0 - 0,5-5,0 - 5 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Tùy thuộc vào loại nhiên liệu mà thành phần hóa học trong tro bay thu được khác nhau. Các nhà khoa học Ba Lan tiến hành nghiên cứu thành phần hóa học của tro bay với hai nguồn nguyên liệu sử dụng trong các nhà máy nhiệt điện của nước này là than nâu và than đen [34] và được trình bày tại bảng 1.3: Thành phần hóa học tro bay ở Ba Lan từ các nguồn nguyên liệu [34] Loại tro Thành phần bay SiO2 Al2O3 Fe2O3 TiO2 MgO CaO Than đen ZS-14 54,1 28,5 5,5 1,1 1,9 1,8 ZS-17 41,3 24,1 7,1 1,0 2,0 2,7 Than nâu ZS-13 27,4 6,6 3,8 1,0 8,2 34,5 ZS-16 47,3 31,4 7,7 1,6 1,9 1,7 Kết quả trên cho thấy, thành phần của các loại tro bay có được sau quá trình đốt cháy than đen (ZS-14 và ZS-17) và mẫu tro bay có được sau quá trình đốt cháy than nâu (ZS-16) là các nhôm silicat. Còn mẫu tro bay có được sau quá trình đốt cháy than nâu (ZS-13) là loại canxi silicat. Các thí nghiệm khảo sát thành phần hóa học trong các mẫu tro bay ở các nước khác cũng đã được tiến hành và thu được các kết quả tương tự.

Đa số các mẫu tro bay ở Trung Quốc có thành phần chủ yếu là SiO2 và Al2O3, hàm lượng của chúng vào khoảng 650 g/kg đến 850 g/kg. Các thành phần khác bao gồm lượng than chưa cháy, Fe2O3, MgO và CaO. Tro bay Trung Quốc chứa hàm lượng than chưa cháy cao là do hệ thống lò đốt ở các nhà máy nhiệt điện ở Trung Quốc. Theo tiêu chuẩn phân loại ASTM C618 thì tro bay Trung Quốc thuộc loại C hay tro bay có chất lượng thấp.

Điều 6 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] này ảnh hưởng lớn đến các ứng dụng của tro bay ở Trung Quốc [12]. Tro đáy và đặc tính tro đáy Tro đáy là loại to và thô hơn tro bay, có màu xám đen, dạng hạt, xốp. Tro đáy không thể bay theo khí thải và nằm ở dạng vật liệu thô ở đáy lò đốt. Khi than được đốt cháy thì có khoảng 20% tro đáy nằm ở dưới đáy lò.

Tính chất vật lý của tro đáy: Các kết quả nghiên cứu cho thấy tro đáy có kích thước các hạt không đồng đều từ 0,1mm đến 50 mm và kết cấu bề mặt xốp. Tro đáy có kích thước từ hạt sỏi cho đến cát mịn. Tro đáy có kích thước như hạt cát, thường có tỷ lệ lọt sàng 45mm là 50-90%, tỷ lệ lọt sàng 0.42mm là 10-60%, lọt sàng 0.075mm là 0-10% và kích thước lớn nhất là hơn 19mm. Kích thước hạt tro đáy từ các Nhà máy nhiệt điện tại Mỹ được trình bày trong bảng 1.4: Kích thước hạt tro đáy từ các nhà máy nhiệt điện ở Mỹ [30] Kích thước NM Glasgow NM New Haven NM Moundsville (mm) 38 100 99 100 19 100 95 100 9,5 100 87 73 4,75 90 77 52 2,36 80 57 32 1,18 72 42 17 0,6 65 29 10 0,3 56 19 5 0,15 35 15 2 0,075 9 4 1 Nguồn: Moulton và lyle, 1973 7 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Tro đáy có tỷ trọng thấp, dao động từ 2,3 – 3.

Với tỷ trọng thấp, tro đáy có kết cấu hạt xốp, vì vậy mà có thể dễ dàng nghiền nhỏ. Tỷ trọng của tro đáy phụ thuộc vào từng loại than, công nghệ đốt than của từng nhà máy nhiệt điện và các phương pháp xử lý và lưu trữ tro đáy. Tính chất vật lý đặc trưng của tro đáy được trình bày trong bảng 1.5: Một số tính chất vật lý của tro đáy [10] Kích thước Tỷ trọng Tỷ trọng khối Diện tích bề mặt riêng (mm) (g/cm3) (g/cm3) (m2/g) 0,1 – 50 2,3 – 3,0 1,15 – 1,76 0,17 – 1 Thành phần hóa học của tro đáy: Thành phần hóa học chính của tro đáy bao gồm SiO2, Al2O3, Fe2O3 và một số hợp chất khác. Các thành phần hóa học tiêu biểu trong tro đáy được trình bày tại bảng 1.6: Các thành phần hóa học của tro đáy tiêu biểu [10] STT Thành phần Hàm lượng 1 MKN 1,72 2 SiO2 53,03 3 Fe2O3 3,9 4 Al2O3 14,15 5 CaO 14 6 MgO 1,91 7 SO3 7,44 8 K2O 2,36 9 Na2O 0,0 10 TiO2 0,66 11 CaSO4 5,69 Nguồn: Viện vật liệu xây dựng, 2010 8 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Nồng độ một số kim loại nặng trong thành phần của tro đáy được thể hiện trong bảng 1.7: Nồng độ một số nguyên tố vi lượng trong tro đáy (mg/kg) [11] Than STT Thành phần Than bùn Than á bitum Than bitum antraxit 1 As - 25-30 1,8 <5 2 B - 321-467 15,3 - 3 Ba 62-109 428-523 - - 4 Cd <5 0,5-0,6 0,3 <2 5 Co 3-7 10-13 17,5 6 Cr 47-194 65-99 47 21-30 7 Cu 18-121 33-49 32 42-80 8 Hg 0,4-1,6e - - <0,5 9 Li 4-30e 93402-147295 28 - 10 Mn 97-328e 34-53 991 - 11 Ni 30-293 16-29 30 - 12 Pb 5-33 59-99 2,6 62-80 13 Zn 33-226 - 47 1250-2000 Thành phần hóa học của tro đáy phụ thuộc vào chủng loại than đã sử dụng và công nghệ đốt than ở các nhà máy nhiệt điện.

Hiện tại, các Nhà máy nhiệt điện hầu hết sử dụng loại than đá hoặc than nâu. Sự khác nhau bày được trình bảy trong bảng 1.8: 9 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.8: Khác biệt về thành phần hóa học của tro đáy sau khi đốt than [8] Thành phần hóa học Than đá Than nâu Tổng hàm lượng (SiO2, Al2O3, Fe2O3), % 75 – 78 50 – 60 Hàm lượng SO3, % 0,15 8 – 10 Hàm lượng CaO, % 0,8 15 Đối với các nhà máy điện sử dụng than trong nước, tỷ lệ than không cháy hết còn lại trong tro rất cao, vào khoảng 20-30%. Để đảm bảo đạt chỉ tiêu làm phụ gia xi măng, tro phải đưa qua dây chuyền xử lý tro xỉ để tuyển tro nhằm giảm lượng carbon không cháy hết trong tro còn khoảng dưới 6%. Theo các báo cáo nghiên cứu khoa học, quá trình thu hồi tro xỉ không đơn giản bởi phần lớn các nhà máy nhiệt điện đang hoạt động tại Việt Nam đều chưa có hệ thống thu hồi chất thải, hoặc có nhưng hiệu quả thấp và không đồng đều.

Đối với các nhà máy như Nhà máy Nhiệt điện Ninh Bình, Phả Lại I, Uông Bí sử dụng công nghệ đốt than phun PCC, chất thải, khí SOx phần lớn thoát ra môi trường.