CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ SẢN XUẤT VÀ ỨNG DỤNG XỈ THÉP TRONG XÂY DỰNG ĐƯỜNG Ô TÔ. Tổng quan về sản xuất xỉ thép [1] 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 – 1600oC. 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. Người ta tháo ra ngoài và gọi là xỉ (Hình 1.1: Quá trình hình thành xỉ thép 8 2.5 kg CO 120 kg CO2 60 g SO2 0.5 kg NOx 165 kg bụi Nhiệt thải 1130 kg thép phế 14 kg hợp kim 100 kg chất trợ dung 15 kg than cốc (450 MJ) 1 tấn thép 3,5 kg điện cực (120 MJ) sản phẩm 572 kwh (55 GJ) 205 MJ oxi 1.3 GJ gas 4 m3 nước 165 kg xỉ 2 m3 nước thải 19 kg bụi lò 16 kg vảy oxit sắt 2.5 kg bùn lắng 17 kg vật liệu chịu lửa 0.8 kg dầu 3 kg chất khác Hình 1.2: Nguyên nhiên liệu sử dụng và các phát thải môi trườngcủa ngành sản xuất thép lò điện 1. Tổng quan về ứng dụng xỉ thép trên thế giới Thực tế, trên thế giới từ hàng trăm năm qua, xỉ thép đã được sử dụng trong xây dựng đường giao thông và các công trình công nghiệp. Đặc biệt, từ năm 1945 trở lại đây, cùng với tốc độ phát triển mạnh của khoa học công nghệ, ngành luyện thép sử dụng công nghệ lò điện hồ quang để nâng cao năng xuất sản xuất thép.
Như vậy, khối lượng xỉ thép được tạo ra cũng tăng và được tái chế thành đá nhân tạo ( Ecoslag) để dùng trong nghành xây dựng, nhiều nhất là xây dựng công trình giao thông. Ngày nay, đá Ecoslag đã được các nước tiên tiến như Mỹ, Úc, Canada, Nhật Bản, Thái Lan và Trung Quốc sử dụng rộng rãi để xây dựng các công trình đòi hỏi mang tính bền vững cao như: Sân bay, cầu cảng, sân vận động, nhà cao tầng, đường xa lộ giao thông, đập chắn song và các công trình xử lý nước thải có quy mô lớn… Ngay cả các nước lạc hậu ở Châu Phi cũng đã tái chế xỉ thép để dùng làm vật liệu cho ngành xây dựng. Ngoài ra, xỉ thải ra còn được tái chế thành hạt để sử dụng thay thế hạt Nix hoặc cát để dùng cho việc làm sạch bề mặt kim loại của ngành công nghiệp đóng tàu. Ứng dụng Xỉ thép ở thành phố Pittsburgh – Mỹ [1] Hình 1.3: Núi xỉ thép – Cửa ngõ vào thành phố Pittsburgh – Mỹ.
Ngành luyện thép và ngành công nghiệp nói chung suốt dọc các thành phố ở miền Đông Bắc, Trung Tây nước Mỹ và cả thành phố Pittsburgh đi xuống làm cho các thành phố này chịu hậu quả nặng nề về môi trường với hàng trăm núi xỉ thép. Sau thời kỳ thoái trào của ngành luyện Thép, Xỉ thép được xem là một thành tố chủ đạo trong việc hình thành nên bức tranh khung cảnh Pittsburgh ngày nay. Nhiều con đường, công trình lớn của thành phố như Trung tâm giải trí Century III, khu bất động sản cao cấp Summerset, công viên sinh thái Frick Park đã được xây dựng từ những nền móng vô cùng vững chắc - những đống xỉ thép (Hình 1.4: Khu nhà ở cao cấp Summerset xây dựng trên núi xỉ thép. 10 Pittsburgh hiện nay trở thành nơi thu hút mọi người trên thế giới bởi nó là một trong những nơi dẫn đầu về bước tiến và uy thế vượt trội trong Khoa học - Kỹ thuật (Hình 1.5: Toàn cảnh khu bất động sản cao cấp Summerset xây dựng trên núi xỉ thép.
Ứng dụng xỉ thép trong bê tông nhựa ở Italia [13] Các tác giả ở Itaty trình bày một nghiên cứu thực nghiệm dựa trên các đặc điểm thành phần, đặc tính và đặc trưng cơ học của hỗn hợp bê tông nhựa chứa xỉ EAFS (Electric Arc Furnace Steel slag) cho mặt đường mềm. Các kết quả thử nghiệm là thỏa mãn với tiêu chuẩn cho tất cả các mẫu thiết kế bê tông nhựa xỉ, với các giá trị tốt của tính ổn định Marshall và độ bền kéo gián tiếp. Trong giai đoạn từ 1959 đến 1976 ở Ironworks Sisak (ngày nay là CMC Sisak), Croatia, xỉ lò cao đã được sử dụng cho việc sản xuất xi măng, được sử dụng để sản xuất gạch với các kích thước khác nhau. Ứng dụng xỉ thép trong xây dựng tại CHLB Nga [20] Ngành luyện kim của nước CHLB Nga rất phát triển hằng khoảng 100 triệu tấn nguyên liệu thì có 10 triệu tấn xỉ thép.
Trước đây xỉ thép được chất thành từng đống hoặc được chôn lấp. Nhưng ngày nay cùng với nhịp độ phát triển kinh tế thì ngày luyện thép cũng phát triển mà mặt bằng để 11 chứa xỉ hoặc diện tích chôn lấp cũng bị hạn chế. Vào năm 1949 Nga đã tổ chức hội thảo khoa học kỹ thuật cho nghiên cứu chuyên sâu về tính chất của xỉ thép nhằm tận dụng xỉ vào sử dụng cho nông nghiệp, xây dựng. Những nghiên cứu này được tiến hành với các đại diện của các nhà luyện kim, nhà khoa học và người tiêu dung xỉ và có sự giám sát của nhà nước.
Kết quả của nghiên cứu này mở ra một hướng xỉ lý sản phẩm thải của ngành luyện thép tại Nga mang lại hiệu quả vừa kinh tế, kỹ thuật và môi trường. Xỉ gần như được sử dụng 100%: trong đó 60% sử dụng để sản xuất xi măng (Xỉ mịn có hoạt động thủy hóa, tức là khả năng tạo ra Ca(OH)2 ngay cả ở nhiệt độ thường làm tăng thêm thể tích bê tông xi măng). Phần còn lại để dùng cho ngành xây dụng: sản xuất bê tông, xây dựng đường giao thông. Vào mùa hè năm 2002 có một đường cơ giới được xây dựng và sử dụng 600 tấn xỉ.
Ủy ban Xây dựng quốc gia Nga nghiên cứu thành lập công ty khai thác khả năng ứng dụng xỉ thép trong sản phẩm bê tông để thay thế cát và xi măng. Trong nông nghiệp xỉ còn có tác dụng khử phèn trong đất. Ngoài ra, trong xỉ còn có những nguyên tố vi lượng có tác dụng tích cực với dinh dưỡng và tăng trưởng của thực vật. Tổng quan về tình hình sản xuất và sử dụng xỉ thép trong xây dựng ở Việt Nam [1] 1.
Tình hình sản xuất xỉ thép ở Việt Nam [1] Công ty CP thép Thép Việt đang tồn đọng khoảng 1 triệu tấn xỉ thép do không có nơi để xử lý. Thép Việt đã phải dành 5ha đất trong khuôn viên nhà máy để lưu trữ lượng xỉ này. Theo kế hoạch, cuối năm 2011, nhà máy sẽ nâng công suất lên 1,5 triệu tấn/năm và lượng xỉ sẽ phát sinh khoảng 300. Nếu không có nhà máy xử lý xỉ thép, nhà máy sẽ không còn đất để lưu giữ.
Tìm đầu ra cho việc xử lý xỉ thép không chỉ là chuyện riêng của Thép Việt mà đang là mối quan tâm chung của các doanh nghiệp luyện thép đang hoạt động trên địa bàn tỉnh hiện nay. Theo nhận định chung của các nhà máy luyện thép, xỉ thải phát sinh từ quá trình luyện phôi thép chiếm 11-15% khối lượng sản phẩm phôi. Với công suất 2,25 triệu tấn phôi thép/năm, Bà Rịa – Vũng Tàu sẽ phát sinh khoảng 678- 925 tấn xỉ thải/ngày. Khi tất cả các dự án luyện phôi thép đi vào hoạt động với công suất 3,75 triệu tấn phôi 12 thép, lượng xỉ thải phát sinh vào khoảng 1.
Đây là một nguồn thải gây tác động rất lớn đến môi trường vì các nhà máy thép không thể tự xử lý xỉ thép ngay trong khu vực sản xuất do không có mặt bằng chứa xỉ thép, không đủ năng lực xử lý chất thải và không tìm được đầu ra cho sản phẩm tái chế từ xỉ thép… Trên thực tế, mới chỉ có 3 nhà máy luyện thép đi vào họat động (Nhà máy thép Thép Việt, Nhà máy thép Phú Mỹ và Nhà máy luyện phôi thép Đồng Tiến) đã làm phát sinh hàng loạt vấn đề ô nhiễm môi trường do xỉ thải gây ra. Đã có nhiều vụ việc vi phạm về môi trường có liên quan đến xỉ thải được phát hiện, xử lý như vụ đổ 8.000 tấn xỉ thải (ngày 31-7-2010) để san lấp mặt bằng, đường nội bộ của dự án đầu tư Nhà máy thép Pomina tại KCN Phú Mỹ I (huyện Tân Thành). Trước đó, vào tháng 2-2009, lực lượng Cảnh sát Môi trường cũng phát hiện nhà máy thép Thép Việt cho người dân xỉ thải để san lấp mặt bằng tại thị trấn Phú Mỹ, huyện Tân Thành. "Nguyên nhân dẫn đến tình trạng này là do chưa có đơn vị xử lý loại chất thải này nên các nhà máy thép đang phải lưu giữ chất thải hoặc giao cho một số đơn vị đem đi san lấp mặt bằng khi không còn khả năng lưu giữ" – lãnh đạo một nhà máy luyện thép cho biết.
Theo Sở Tài nguyên và Môi trường cho biết đã có 3 dự án xử lý xỉ thép đầu tư vào Khu xử lý chất thải tập trung Tóc Tiên, huyện Tân Thành + Khu chôn lấp chất thải công nghiệp không nguy hại K-BEC, diện tích 38ha, công suất 500-700 tấn/ngày; + Nhà máy tái chế xỉ thải công nghiệp Đại Thành, diện tích 1ha, công suất 300 tấn/ngày; + Nhà máy tái chế xỉ thải thành phụ gia xi măng Việt Ninh, diện tích 2,3ha, công suất 200 tấn/ngày Với công suất xử lý xỉ thải khoảng 1.000 tấn/ngày, 3 dự án trên nếu đi vào hoạt động sẽ giải quyết được toàn bộ khối lượng xỉ thải phát sinh. Thế nhưng, cho đến nay các dự án tái chế xỉ thép vẫn chỉ nằm trên giấy. Khoảng cách từ các nhà máy thép đến Khu xử lý chất thải Tóc Tiên khá xa nên chi phí vận chuyển tốn kém là một trong những lý do khiến các dự án này chậm triển khai. Dự án tái chế xỉ thép thành phụ gia xi măng gặp khó khăn về việc tìm đầu ra… Còn dự án chôn lấp chất thải công nghiệp 13 không nguy hại K-BEC dự kiến sẽ thu phí 22USD/tấn xỉ thải cũng dự báo sẽ "vướng" vì chi phí xử lý quá cao, vượt quá khả năng tài chính của các chủ nguồn thải.