Nghiên cứu chế tạo sợi gốm từ tro bay nhiệt điện hướng tới sử dụng trong sản xuất các sản phẩm xi măng sợi

Tro bay là một trong những vật liệu nhân tạo phức tạp và phong phú nhất hiện nay trên thế giới cũng như tại Việt Nam. Tro bay thu được dưới dạng bột mịn từ bụi khí thải nhà máy nhiệt điện than. Tùy theo nguồn gốc than, công nghệ đốt than, mà thành phần hóa, thành phần khoáng, thành phần pha, hình dạng hạt tro bay, phân bổ kích thước hạt tro bay… có thể khác nhau. Nhưng nhìn chung, thành phần hóa chính của các loại tro bay nguyên khai (chiếm 80÷90%) gồm SiO2, Al2O3, Fe2O3… và một lượng C chưa cháy. Với công suất nhiệt điện than hiện tại, mỗi năm các nhà máy nhiệt điện than của Việt Nam sinh ra khoảng 10÷12 triệu tấn tro xỉ mới, trong đó có 50÷70% là tro bay, chưa tính đến hàng chục triệu tấn tro xỉ còn đang lưu trữ tại bãi của các nhà máy nhiệt điện than. Nếu không được sử dụng, nguồn tro xỉ nói chung và tro bay nói riêng này sẽ tiếp tục tích tụ tại các bãi chứa, gây nên các vấn đề về môi trường và chi phí lưu trữ.

Thống kê các nghiên cứu và thực tế xử lý cho thấy, để có thể xử lý hiệu quả khối lượng lớn, cần tập trung nghiên cứu sử dụng tro xỉ làm vật liệu xây dựng và/hoặc nguyên liệu sản xuất vật liệu xây dựng. Hiện tại, khối lượng lớn tro bay đã được sử dụng làm phụ gia xi măng, phụ gia bê tông, nguyên liệu sản xuất clanhke xi măng, gạch đất nung. Tuy nhiên vẫn chưa tiêu thụ hết được khối lượng tro xỉ hiện có. Tiềm năng về vật liệu san lấp tuy rất lớn, tuy nhiên vì nhiều lý do, thực tế triển khai còn rất hạn chế. Nhiều loại vật liệu silicát khác như gốm, sứ, thủy tinh và các sản phẩm đi từ chúng cũng cũng chiếm khối lượng rất lớn và cũng cần nguồn nguyên liệu có chứa SiO2, Al2O3, Fe2O3. Việc nghiên cứu sử dụng tro bay làm nguyên liệu cung cấp SiO2, Al2O3, Fe2O3 thay thế một phần các nguyên liệu tự nhiên không tái tạo là hướng đi góp phần xử lý lượng lớn tro xỉ, đem lại giá trị gia tăng cao khi hướng tới nền kinh tế tuần hoàn. Đó là lý do PGS. TS. Tạ Ngọc Dũng cùng các cộng sự tại Viện Kỹ thuật Hóa học đã thực hiện đề tài: “Nghiên cứu chế tạo sợi gốm từ tro bay nhiệt điện hướng tới sử dụng trong sản xuất các sản phẩm xi măng sợi” từ năm 2019 đến năm 2020 .

Đề tài nhằm thực hiện mục tiêu nghiên cứu chế tạo sợi gốm từ tro bay nhiệt điện hướng tới sử dụng trong sản xuất các sản phẩm xi măng sợi. Dưới đây là các kết quả nổi bật của đề tài:

Một là có thể sử dụng tro bay nhiệt điện than (công nghệ đốt tầng sôi tuần hoàn và công nghệ đốt than phun) làm nguyên liệu sản xuất thủy tinh

Nhóm nghiên cứu đã nấu thành công các bài thủy tinh từ tro bay nhiệt điện Mông Dương 1, đá vôi, cát. Nhiệt độ nấu 1500 độ C. Thành phần hóa trong khoảng sau:

• SiO2: 56,40 ÷ 57,90%;

• Al2O3: 14,47 ÷ 16,20%;

• CaO+MgO : 18,99 ÷ 20,11%;

• Na2O+K2O : 1,72 ÷ 1,91%

• Trong đó tro bay chiếm 63,1 đến 71,2% khối lượng thủy tinh

Các tác giả đã nấu thành công thủy tinh từ tro bay nhiệt điện Vĩnh Tân 2, đá vôi, cát, đolômit. Nhiệt độ nấu 1500 độ C. Thành phần hóa trong khoảng sau:

• SiO2 : 56,42 ÷ 57,94%;

• Al2O3 : 13,60 ÷ 14,50%;

• CaO + MgO: 20,56 ÷ 23,35%;

• Na2O+K2O: 2,39 ÷ 2,44%

• Trong đó tro bay chiếm 61,8 đến 68,1% khối lượng thủy tinh

Tuy nhiên, khi triển khai ở qui mô lớn hơn, để phù hợp các điều kiện thực tế có thể triển khai, sẽ phù hợp hơn nếu hạ nhiệt độ nấu xuống ≤1450 độ C. Với hướng này, đề tài đã nấu thành công các bài thủy tinh có thành phần như sau ở nhiệt độ 1450 độ C:

• SiO2: 49 ± 2%;

• Al2O3: 15 ± 2%;

• CaO+MgO: 16 ± 1%;

• Na2O+K2O: 12 ± 1 %

Hai là có thể sử dụng tro bay nhiệt điện than làm nguyên liệu sản xuất sản xuất sợi gốm

Nhóm nghiên cứu đã chế tạo được sợi gốm từ nguyên liệu tro bay nhiệt điện Mông Dương 1, đá vôi, cát và soda. Thành phần hóa như sau:

• SiO2: 49,00%;

• Al2O3: 14,30%;

• CaO+MgO: 16,66%;

• Na2O+K2O: 12,63%

• Trong đó tro bay chiếm 58,5% khối lượng thủy tinh

Qua quá trình nghiên cứu, theo con đường thủy tinh hóa tro bay cho thấy tiềm năng có thể tạo được nhiều loại sản phẩm khác như làm gạch thủy tinh, làm men gốm sứ, làm bông sợi cách nhiệt, cách âm, chống cháy… Nhóm nghiên cứu đề xuất xây dựng các nhiệm vụ nghiên cứu theo các hướng sản phẩm này để tăng thêm các sản phẩm hữu ích từ tro bay.