Tro xỉ than: Nguyên liệu vàng trong sản xuất vật liệu xây dựng

Tro xỉ than là gì?

Than là nhiên liệu chính dùng cho các lò hơi trong hệ thống máy phát điện chạy bằng hơi nước. Người ta nghiền nhỏ than trước khi cho vào lò hơi này. 

Tro xỉ than là các chất vô cơ không cháy được và các tạp chất khác trong than.

Các nghiên cứu của Việt Nam từ những năm 80 và gần đây của các chuyên gia Nhật Bản đều khẳng định rằng môi trường xung quanh các bãi thải tro đang bị ô nhiễm bởi sự hiện diện của các thành phần kim loại nặng và các tạp chất khác.

Thành phần của tro xỉ

Trong quá trình đốt cháy chất hữu cơ, có khoảng 27% chất vô cơ không cháy bị dính vón thành các hạt lớn và rơi xuống đáy lò hơi là tro thô (hoặc tro đáy lò). Còn lại 70% là chất vô cơ không cháy, theo khói lò và được thu hồi bằng những phương pháp thu bụi như cyclon, lọc túi…và được gọi là tro mịn (hay tro bay).

Thành phần hoá học của tro xỉ than giữa các nhà máy nhiệt điện khác nhau do chủng loại than sử dụng (than đá hay than nâu), và hầu hết đều là than có chất lượng thấp nên chất lượng tro xỉ cũng sẽ không cao. Sự khác nhau về thành phần hoá học của tro xỉ cần được lưu ý khi lựa chọn và xây dựng cấp phối để sản xuất vật liệu xây không nung (VLXKN). Ngoài ra, màu sắc của tro xỉ cũng là yếu tố ảnh hưởng nhất định.

Theo kết quả phân tích hóa học tro xỉ của các nhà máy nhiệt điện cho thấy tổng tỉ lệ các oxit (SiO2, Al203 và Fe2O3) của tro xỉ gần tương đương với thành phần của đất sét. Tuy nhiên, do lượng mất khi nung của tro xỉ cao, không đáp ứng yêu cầu theo TCVN 10302-2014 nên hạn chế khả năng ứng dụng của tro xỉ.

Như vậy, để sử dụng tro xỉ, cần phải tuyển tro để đáp ứng được yêu cầu chỉ tiêu chất lượng và quy chuẩn hiện hành khi sử dụng cho các lĩnh vực cụ thể.

Công nghệ tuyển tro bay

Có nhiều công nghệ tuyển tro bay (chủ yếu là nhằm để tách than chưa cháy ra khỏi tro): tuyển cơ học; tuyển tĩnh điện và tuyển nổi.

Công nghệ tách khô ly tâm: Tro xỉ từ silo chứa được bơm lên máy tách, tại máy tách ly tâm, luồng gió tốc độ cao sẽ tách tro xỉ thành 02 phần: hạt nhẹ (tro bay) cuốn theo gió sang hệ thống lọc bụi túi vải và hạt nặng (bã xỉ) không bị cuốn theo gió rơi xuống thùng chứa trung gian. Luồng gió sau khi qua lọc bụi túi vải là gió sạch được quạt gió tuần hoàn ngược trở lại các máy bơm khí nén và máy tách ly tâm.

Công nghệ tuyển tĩnh điện: Tro xỉ được cho đi qua các khe nhỏ giữa 02 cực điện song song. Tro bay (hạt mịn) và bã xỉ (hạt to) sẽ chuyển động ngược chiều chuyển về các silo chứa khác nhau. Tro bay thu từ công nghệ tĩnh điện thường có chất lượng cao hơn.

Công nghệ tuyển nổi: Tro xỉ than được lưu trữ trong bãi thải, sử dụng bơm hút, đổ trực tiếp vào máy phân cấp xoắn và tách xỉ don; Tro xỉ kích thước nhỏ dẫn vào bể trữ à bơm vào thùng khuấy tiếp xúc tuyển nổi. Trong những ngăn của máy tuyển nổi, thuốc tuyển là dầu mỏ và dầu thông được bơm vào; Tro tuyển sẽ được khử nước tại bể lắng, chuyển ra bãi để róc nước tự nhiên và cấp vào máy sấy khô hay tro tuyển sẽ được khử nước ở bể cô đặc, lọc ép rồi sấy.

Công nghệ tuyển khô (cơ học và tĩnh điện) là một công nghệ tiên tiến nên được ưu tiên phát triển. Diện tích chiếm đất nhỏ; không ảnh hưởng đến môi trường (chỉ sử dụng gió được tuần hoàn khép kín); không tốn thêm năng lượng để sấy khô tro bay sau khi tách; khả năng xử lý quy mô lớn; không sử dụng nước phù hợp điều kiện thực tiễn thiếu nước ở nhiều địa phương (tiết kiệm tài nguyên); không phát sinh nước thải, không gây ô nhiễm nguồn nước và không gây ô nhiễm đất do quá trình xả thải bằng nước gây ra.

Ứng dụng của tro xỉ than

Sử dụng "tro bay" làm phối liệu trong sản xuất gạch nung

Thực tế đã chứng minh: "tro bay" của các NMNĐ chạy than đang được sử dụng rất hiệu quả để làm phối liệu trong sản xuất gạch nung. Trong trường hợp này, thành phần "carbon chưa cháy hết" và các oxit kim loại khác trong "tro bay" được trộn lẫn với thành phần đất sét trước khi đóng bánh và đưa vào lò tuynel.

Sử dụng "tro bay" và "xỉ đáy lò" làm gạch không nung

Việc sử dụng tro xỉ than để sản xuất gạch không nung (gạch xỉ) là hoàn toàn khả thi: tro bay có thể thay thế tới 40% xi măng, còn xỉ đáy lò có thể thay thế 100% cát tự nhiên. Giá thành sản xuất gạch không nung giảm từ 16-21% so với dùng phối liệu là đá mạt và cát tự nhiên.

Sử dụng "xỉ đáy lò" làm nền cho đường bê tông

Giải pháp sử dụng "xỉ đáy lò" và/hoặc cả "tro bay" để thay thế cát, đá dăm tự nhiên để làm lớp lót nền trong xây dựng các đường bộ bằng bê tông - xi măng đã được áp dụng từ rất lâu trên thế giới.

Sử dụng "tro bay" để sản xuất xi măng

Trong tro xỉ than thải ra từ các NMNĐ đều có đủ các thành phần khoáng vật tương tự thành phần trong các phối liệu của lò quay trong sản xuất xi măng (chỉ khác nhau về hàm lượng - %).

Đặc biệt, với các công nghệ (loại lò hơi) đốt than tiên tiến cho phép đốt than rất kiệt (đốt hết carbon), tỷ lệ của thành phần "carbon không cháy hết" (unburnt carbon) trong tro bay có thể đạt <1-2%. Trong trường hợp này, tro bay của các NMNĐ có thể được sử dụng trực tiếp như xi măng thành phẩm có mác cao (>400-800). Đặc biệt, xi măng được sản xuất từ tro bay có đặc tính chống mặn cao, có thể dùng cho những công trình làm kè ven biển.

Tuy nhiên, các công nghệ đốt than tại Việt Nam có tỷ lệ carbon không cháy hết còn cao. Mặc dù, thiết kế lò hơi thường tính tỷ lệ này dưới 5% trong tro bay, nhưng trên thực tế, với nhiều lý do (về kỹ thuật cũng như về kinh tế) các công nghệ đốt than tại Việt Nam có tỷ lệ này thường >10%.

Vì thế, để "tro bay" từ là một chất thải thành như một "sản phẩm phụ" có giá trị kinh tế cao của NMNĐ, tại Việt Nam cần phải hoàn thiện công nghệ đốt than theo hướng giảm tỷ lệ "carbon không cháy hết". Trên thế giới có nhiều giải pháp cho vấn đề này, trong đó, hiệu quả nhất đó là: Giảm kích cỡ của hạt than trước khi đưa vào lò (đầu tư các máy nghiền than hiện đại); và Sử dụng các Nano-Enzyme (chất trợ cháy) để trộn lẫn với than trước khi đưa vào lò.

Cả 02 giải pháp này đều khả thi đối với bất kỳ NMNĐ chạy than nào của Việt Nam.

Sử dụng "tro bay" làm phối liệu cho các nhà máy xi măng

Tro bay có hàm lượng carbon không cháy hết cao không làm xi măng trực tiếp được, nhưng vẫn có thể dùng làm phối liệu cho các nhà máy xi măng bằng cách trộn lẫn tro bay với phối liệu của nhà máy để đưa vào lò quay. Trường hợp này, thành phần "carbon chưa cháy hết" trong tro bay sẽ được cháy hết trong lò quay của nhà máy xi măng (góp phần giảm mức tiêu hao than trong sản xuất xi măng). "Một mũi tên trúng hai đích".

Giá trị khi sử dụng tro xỉ than làm nguyên liệu trong xây dựng

Giá trị về môi trường: Hạn chế đến mức tối thiểu các ảnh hưởng tiêu cực đến môi trường (như ô nhiễm không khí, ô nhiễm nguồn nước, ô nhiễm đất); Góp phần tiết kiệm và sử dụng hiệu quả nguồn tài nguyên thiên nhiên (gồm: than, cát, đất sét nguyên liệu, nước…), tiết kiệm năng lượng (điện, dầu, củi…) và giảm thiểu sử dụng những hóa chất gây hại trong sản xuất VLXD; Tiết giảm diện tích chiếm đất làm bãi chứa tro xỉ thải; Khi sản xuất 1 tấn xi măng sẽ thải ra một tấn khí CO2, vì thế lượng tro bay thay thế xi măng trong bê tông cũng chính là lượng khí thải tương ứng có thể cắt giảm.

Giá trị về kinh tế: có thể tiết giảm hàng chục ngàn tỉ đồng khi sử dụng tro bay thay thế cho một phần xi măng; Giúp sản xuất các VLXD tốt hơn có chi phí rẻ hơn; tiết giảm được chi phí nhập khẩu các phụ gia khoáng trong ngành xây dựng và VLXD; Tạo tiền đề sản xuất các sản phẩm VLXD có hàm lượng GTGT cao, thay thế cho những sản phẩm đang phải nhập khẩu (cemboard, panel...); Tiết kiệm chi phí quản lý tro xỉ với tư cách là một CTR trong những hoạt động sản xuất có sử dụng than; Nếu được định hướng tốt, có thể tạo ra một ngành công nghiệp mới: công nghiệp chế biến tro xỉ than và sản xuất các sản phẩm từ tro xỉ.

Giá trị về  xã hội: Cải thiện môi trường và nâng cao chất lượng cuộc sống của nhân dân khu vực có nguồn phát thải; Ứng dụng tro xỉ than trong sản xuất VLXD gạch không nung tạo điều kiện để người tiêu dùng có thể tiếp cận các sản phẩm VLXD tốt hơn với chi phí rẻ hơn, sẽ góp phần nâng cao thu nhập người dân; Ngành công nghiệp chế biến tro xỉ than và sản xuất các sản phẩm từ tro xỉ than ra đời sẽ tạo ra hàng chục ngàn việc làm mới, đảm bảo việc làm và thu nhập sẽ góp phần ổn định và phát triển xã hội.

Như vậy, tro xỉ than là một nguồn chất thải rắn cần được quản lý nghiêm ngặt. Sử dụng hợp lý tro xỉ trong công nghiệp sản xuất vật liệu xây dựng sẽ mang lại những lợi ích to lớn về kinh tế, xã hội cũng như môi trường. Có thể thấy rằng, tro xỉ than thực sự là một nguồn nguyên liệu vàng của ngành sản xuất vật liệu xây dựng Việt Nam.