Bảo vệ môi trường trong sản xuất xi măng để tránh tình trạng xi măng ô nhiễm

Tìm hiểu khái quát về xi măng

Xi măng (trong tiếng Pháp là ciment) là một loại khoáng chất được nghiền mịn có màu đen xám và là chất kết dính thủy lực. Xi măng được tạo thành bằng cách nghiền mịn clinker, thạch cao thiên nhiên và các loại phụ gia khác theo một tỷ lệ thích hợp. 

Khi tiếp xúc với nước, xi măng sẽ xảy ra các phản ứng thủy hóa và tạo thành một dạng hồ gọi là hồ xi măng. Tiếp đó, do sự hình thành của các sản phẩm thủy hóa nên hồ xi măng bắt đầu quá trình ninh kết hóa cứng để cuối cùng trở thành một dạng vật liệu có cường độ và độ ổn định nhất định.

Khi xi măng được trộn với nước và cát, đá sẽ trở thành một sản phẩm cứng như đá rất bền và có khả năng chịu đựng các tác động từ bên ngoài rất tốt như mài mòn, thời tiết hay chấn động,…

Có 2 loại xi măng được sử dụng phổ biến là xi măng PCB và xi măng PC và được chia thành nhiều chủng loại xi măng đặc chủng như xi măng bền sun phát, xi măng giếng khoan dầu khí, xi măng giãn nở, xi măng ít tỏa nhiệt hay xi măng tro bay,… 

Ứng dụng của xi măng

Bởi những ưu điểm nổi bật như thi công đơn giản, nguyên vật liệu ban đầu đã có sẵn, có tính chất cơ học tốt, tuổi thọ cao,... nên vật liệu xi măng được sử dụng rất rộng rãi trong nhiều lĩnh vực.

Trong lĩnh vực xây dựng dân dụng, sản phẩm xi măng chính là loại vật liệu quan trọng được sử dụng dùng để xây nhà cửa, cầu, đường, kênh, cống, hồ bơi, bể cá,... Trong xử lý rác thải hạt nhân, việc xi măng hóa sẽ cho phép cố định các chất phóng xạ một cách sâu sắc trong vi cấu trúc của vật liệu xi măng.

Quy trình sản xuất xi măng

Quy trình sản xuất xi măng sẽ gồm có 6 giai đoạn chính:

Giai đoạn 1: Tách chiết các nguyên liệu thô

Sản xuất xi măng sẽ sử dụng các nguyên liệu thô có trong đá vôi, đất sét và cát gồm canxi, silic, sắt, và nhôm. Hỗn hợp cát và đất sét có trong xi măng với tỉ lệ nhỏ có thể đáp ứng được nhu cầu về silic, sắt và nhôm.

Thông thường, các nhà máy sản xuất xi măng đều được đặt ở các khu vực gần núi đá vôi để tiết kiệm chi phí vận chuyển đá vôi cũng như giúp giảm một phần giá thành của xi măng.

Nguyên liệu thô sẽ được tách chiết từ các núi đá vôi sau đó thông qua băng chuyền để vận chuyển đến các nhà máy sản xuất xi măng.

Ngoài ra còn có rất nhiều nguyên liệu thô  khác được sử dụng trong quá trình sản xuất xi măng như đá phiến, tro bay, vảy thép cán và bôxit,... Những nguyên liệu thô này có tỉ lệ nhỏ và được lấy từ nhiều nguồn khác nhau

Trước khi vận chuyển nguyên liệu đến nhà máy thì các khối đá lớn sẽ được nghiền nhỏ ra thành kích thước tương đương với các viên sỏi.

 Giai đoạn 2: Phân chia tỉ lệ, trộn lẫn và nghiền nguyên liệu

Nguyên liệu thô lấy từ quặng sẽ được chuyển đến phòng thí nghiệm của nhà máy sản xuất xi măng. Ở đây sẽ tiến hành phân tích và phân chia tỉ lệ chính xác giữa đá vôi và đất sét trước khi bắt đầu nghiền. Theo tỉ lệ thông thường thì sẽ có 80% là đá vôi và 20% là đất sét.

Tiếp theo sẽ đến công đoạn nghiền hỗn hợp nhờ vào các con lăn quay và bàn xoay. Bàn xoay sẽ quay liên tục dưới con lăn và con lăn tiếp xúc trực tiếp với hỗn hợp và thực hiện nhiệm vụ nghiền hỗn hợp thành bột mịn. Hỗn hợp nguyên liệu thô sau khi đã được nghiền thành bột mịn sẽ được dự trữ trong đường ống.

Giai đoạn 3: Trước khi tiến hành nung

Sau khi đã được nghiền hoàn chỉnh, nguyên liệu sẽ được đưa và buồng trước khi bắt đầu nung. Nguyên liệu thô sẽ đi qua một chuỗi các buồng xoáy trục đứng và vào trong lò nung.

Buồng trước nung này tận dụng nhiệt lượng tỏa ra từ lò nung giúp tiết kiệm năng lượng và khiến cho nhà máy sản xuất xi măng thân thiện với môi trường hơn, giảm bớt được tình trạng xi măng ô nhiễm.

Giai đoạn 4: Trong lò nung

Lò nung khá lớn và có thể xoay được chính là phần quan trọng nhất của quá trình sản xuất xi măng. Nhiệt độ trong lò có thể lên tới 1.450 độ C bắt nguồn từ phản ứng hóa học gọi là phản ứng khử Cacbon và thải ra khí CO2. Nhiệt độ cao bên trong lò nung sẽ làm cho hỗn hợp nguyên liệu nhão ra.

Chuỗi phản ứng hóa học giữa Ca và SiO2 sẽ tạo ra thành phần chính trong xi măng là CaSiO3. Lò nung sẽ nhận được nhiệt từ bên ngoài nhờ khí tự nhiên hoặc than đá. Khi nguyên liệu rơi xuống phần thấp nhất của lò nung thì nó sẽ hình thành lên xỉ khô.

 Giai đoạn 5: Tiến hành làm mát và nghiền thành phẩm

Sau khi ra khỏi lò nung thì xỉ sẽ được làm mát nhờ vào khí cưỡng bức, xỉ sẽ tỏa ra lượng nhiệt đã hấp thụ được và từ từ giảm nhiệt. Lượng nhiệt mà xỉ tỏa ra sẽ quay trở lại vào lò nung, giúp tiết kiệm năng lượng. 

Tiếp đến chính là giai đoạn nghiền hoàn chỉnh sản phẩm. Các viên bi sắt sẽ giúp nghiền thành bột mịn xi măng.

Giai đoạn 6: Đóng bao xi măng và vận chuyển

Sau khi nghiền thành bột mịn thì chúng sẽ được đóng thành từng bao với trọng lượng từ 20-40 kg/bao. Sau đó, các bao xi măng này sẽ được phân phối tới các cửa hàng rồi đến tay người tiêu dùng.

Ảnh hưởng của sản xuất xi măng đến môi trường

Sản xuất xi măng là một trong những ngành sản xuất vật liệu xây dựng có nguy cơ gây ô nhiễm môi trường cao nhất. Hầu hết các công đoạn trong quá trình sản xuất xi măng đều có phát sinh chất thải với thành phần và lượng chất thải khác nhau.

Các chất thải của quá trình sản xuất xi măng sẽ bao gồm cả khí thải, nước thải, chất thải rắn và chất thải nguy hại. 

Sản xuất xi măng gây ô nhiễm môi trường không khí

Trong số các chất thải phát sinh từ quá trình sản xuất xi măng thì bụi và khí thải chính là những nguyên nhân lớn nhất gây ô nhiễm môi trường.

Trong đó, các loại bụi sẽ gồm bụi mịn có kích thước khoảng 5um và bụi thô với kích thước lớn hơn 10um; còn khí thải sẽ bao gồm các chất ô nhiễm đặc trưng như NOx, SO2, CO, CO2, HF, H2S và một số hợp chất hữu cơ bay hơi như VOCs,… 

Các khí thải có nồng độ CO cao có thể sẽ gây ra hiện tượng cháy nổ. Khí SO2 và NOx chính là nguyên nhân gây ra những trận mưa axit rất độc hại như làm ảnh hưởng tới sự phát triển của cây trồng và thảm thực vật, phá huỷ các công trình xây dựng, cầu cống và có khả năng ăn mòn các thiết bị máy móc,...

Ngoài ra, khí CO2 chính là nguyên nhân chính gây nên “hiệu ứng nhà kính”, làm trái đất nóng lên và mất cân bằng sinh thái,... 

Các công đoạn trong quá trình sản xuất xi măng gây ô nhiễm xi măng như:

• Công đoạn khai thác, chuẩn bị, gia công và vận chuyển nguyên liệu thô như đá vôi, đất sét, thạch cao, than, xỉ pirit, xỉ sắt, cát,...;
• Công đoạn nghiền nguyên liệu, đồng nhất các vật liệu và cấp liệu cho lò nung;
• Công đoạn nung clinker;
• Công đoạn nghiền xi măng, đóng gói xi măng, lưu giữ và vận chuyển xi măng;

Sản xuất xi măng gây ô nhiễm môi trường đất và nước

Bên cạnh các loại bụi và khí thải độc hại thì quá trình sản xuất xi măng còn gây ra một số chất thải khác ảnh hưởng tới môi trường đất và nước như các chất hữu cơ, chất rắn lơ lửng, bùn hoạt tính, dầu mỡ, bụi, hợp chất flo,...

Các chất hữu cơ trong chất thải sẽ làm giảm lượng oxy hòa tan trong nước, dẫn đến giảm chất lượng nước và khả năng tự làm sạch của nước đồng thời gây hại nghiêm trọng tới tài nguyên thủy sinh ở các khu vực xung quanh. 

Nước thải chứa hàm lượng chất rắn cao có thể làm tắc hệ thống dẫn nước, ứ đọng nước thải dẫn đến mất cảnh quan cũng như tăng độ đục của dòng nước. 

Bùn hoạt tính sẽ làm tăng hàm lượng chất lơ lửng trong nước, ảnh hưởng tới chất lượng nước và làm mất cảnh quan các khu vực xung quanh.

Dầu mỡ là hợp chất Hidrocacbon khó phân hủy sinh học làm giảm độ sạch của nước, có thể giết chết các vi sinh vật phiêu sinh và sinh vật đáy tham gia vào quá trình tự làm sạch của nước.

Bụi rơi xuống đất sẽ làm thay đổi thành phần và tính chất của đất, làm giảm độ phì nhiêu khiến đất bị chai hóa, từ đó ảnh hưởng đến quá trình sinh trưởng của cây cối.

Hợp chất Flo vào đất sẽ làm đất nhiễm độc, giảm mức độ tơi xốp của đất cũng như thay đổi thành phần đất.

Ô nhiễm xi măng tác động tới hoạt động giao thông vận tải

Khi vận chuyển các nguyên vật liệu sử dụng trong sản xuất xi măng hay vận chuyển sản phẩm xi măng đều sẽ thải ra một lượng khí thải như CO2 gây ô nhiễm môi trường.

Ngoài ra, khi sản xuất xi măng thì nhà máy sản xuất sẽ thải bụi và khí thải ra môi trường làm ảnh hưởng tới người tham gia giao thông.

Ô nhiễm xi măng tác động tới nông nghiệp và thủy lợi

Trong quá trình sản xuất xi măng, nhà máy sản xuất xi măng sẽ thải ra môi trường các khí thải, chất thải, nước thải,.. ảnh hưởng lớn tới những khu vực có nuôi trồng thủy sản hay cây trồng xung quanh nhà máy.

Các chất thải làm ảnh hưởng nguồn nước dẫn tới môi trường sống của thủy sản bị ô nhiễm, tác động tiêu cực nghiêm trọng đến các loài thủy sản. Các khí như SO2, NOx sẽ ảnh hưởng tới đời sống thực vật, bụi sẽ phủ lên cây trồng làm giảm khả năng quang hợp của cây, làm cây chậm phát triển,...

Ô nhiễm xi măng tác động tới sức khỏe con người

Bụi như bụi đá vôi, bụi đất sét, bụi xi măng, bụi than,... sẽ ảnh hưởng rất lớn đến sức khỏe con người, gây ra các bệnh về phổi, đường hô hấp,... thậm chí là có khả năng dẫn đến ung thư. 

Các chất khí độc hại như khí CO khi đi vào cơ thể con người và động vật sẽ làm giảm khả năng vận chuyển oxy trong máu tới các tế bào. Nếu nồng độ khí CO trong cơ thể quá cao có thể dẫn tới ngất hoặc thậm chí là tử vong. 

Khí SO2, NOx khi đi vào cơ thể con người có thể gây viêm đường hô hấp, viêm họng hoặc thần kinh căng thẳng. Khí SO2 đi vào máu có thể làm rối loạn sự chuyển hóa protein, làm cơ thể mệt mỏi hoặc còn có thể gây nhiễm độc qua da, làm giảm lượng kiềm dự trữ trong máu,...

Khí SO2 và NOx khi kết hợp với các hạt bụi sẽ tạo thành các hạt bụi axit lơ lửng đi vào phế quản của con người và gây hại cho các tế bào trong cơ thể. 

Khí CO2 khi đi vào cơ thể con người sẽ gây rối loạn hô hấp phổi và tế bào, làm cơ thể có các biểu hiện như nhức đầu, ngạt thở,... Hydrocacbon thường gây nhiễm độc cấp tính với các triệu chứng như mệt mỏi, chóng mặt, buồn nôn,... và nếu nồng độ Hydrocacbon quá lớn có thể dẫn đến rối loạn tim mạch, co giật,...

Lời kết

Tình trạng xi măng ô nhiễm trong quá trình sản xuất sẽ ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường và con người. Vậy nên, các nhà sản xuất cần phải có trách nhiệm bảo vệ môi trường khi sản xuất và kinh doanh xi măng. Cần có những giải pháp giảm thiểu ô nhiễm như giảm thiểu nguồn thải gây ô nhiễm môi trường hay tăng cường giáo dục ý thức bảo vệ môi trường của những người sản xuất xi măng,...