[vjst] Xử lý xỉ thải từ sản xuất phốt pho vàng ứng dụng trong xây dựng và làm đường giao thông

Thông qua việc thực hiện thành công đề tài cấp nhà nước “Nghiên cứu xử lý xỉ thải từ sản xuất phốt pho vàng (Lào Cai) làm vật liệu không nung, kết cấu nền ứng dụng trong xây dựng, đường giao thông bằng chất kết dính vô cơ không sử dụng xi măng” mã số KC.08.32/16-20 (thuộc Chương trình trọng điểm cấp quốc gia: Nghiên cứu khoa học và công nghệ phục vụ bảo vệ môi trường và phòng chống thiên tai”, TS Phạm Thị Mai Hương và các cộng sự thuộc Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội đã làm chủ công nghệ, sản xuất thành công sản phẩm làm vật liệu xây dựng và lớp lót đường giao thông từ nguồn xỉ thải trong quá trình sản xuất phốt pho vàng.

Tận dụng xỉ thải từ quá trình sản xuất

Thực hiện khảo sát, đánh giá hiện trạng xỉ thải phốt pho của 06 nhà máy sản xuất phốt pho tại Khu Công nghiệp Tằng Loỏng (huyện Bảo Thắng, tỉnh Lào Cai), nhóm nghiên cứu nhận thấy tổng lượng xỉ thải hằng năm của các nhà máy là khoảng 830.400 tấn. Tuy nhiên, phần lớn lượng xỉ thải này chưa được xử lý mà chủ yếu chuyển sang tập kết các bãi xỉ tập trung, chiếm nhiều diện tích sản xuất, tiềm ẩn nguy cơ gây ô nhiễm môi trường. Nhiều nghiên cứu cho thấy, trong xỉ thải phốt pho chứa các oxit kim loại có thể tận dụng được gồm SiO2 (38,58%), Al2O3 (3,31%), CaO (46,62%), P2O5 (1,4%), F (2,41%)…

Với sự phát triển của khoa học và công nghệ, công nghệ sản xuất phốt pho vàng từ quặng apatit đã và đang trở thành định hướng ưu tiên trong ngành công nghiệp hóa chất. Do đó, việc tận dụng xỉ thải từ quá trình sản xuất phốt pho vàng trong sản xuất vật liệu xây dựng, đường giao thông được nhiều nhà khoa học đặc biệt quan tâm.

Chính vì vậy, nhóm nghiên cứu của Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội do TS Phạm Thị Mai Hương - Khoa Hóa học đứng đầu đã đề xuất và được Bộ Khoa học và Công nghệ phê duyệt thực hiện đề tài: “Nghiên cứu xử lý xỉ thải từ sản xuất phốt pho vàng (Lào Cai) làm vật liệu không nung, kết cấu nền ứng dụng trong xây dựng, đường giao thông bằng chất kết dính vô cơ không sử dụng xi măng” để từng bước thay thế vật liệu xây dựng bằng đất sét nung truyền thống nhằm mục đích bảo vệ môi trường.

Hướng tới nền công nghiệp xanh, bền vững

Sau một thời gian triển khai thực hiện, đề tài đã hoàn thành các nội dung nghiên cứu với mục tiêu là xử lý xỉ thải phốt pho bằng chất kết dính vô cơ không sử dụng xi măng, đảm bảo không gây ô nhiễm môi trường thứ cấp. Các kết quả điển hình đề tài đã đạt được gồm:

Một là, nghiên cứu thành công chất kết dính vô cơ không sử dụng xi măng từ khoáng sét là cao lanh, bentonit, trường thạch phối trộn với vôi, xút. Kết quả cho thấy, các chất kết dính chế tạo từ cao lanh và xút, vôi có cường độ chịu nén cao nhất, cường độ chịu nén lần lượt với mẫu đóng rắn cao lanh chiếm 20% xỉ, vôi hoặc xút chiếm 40% so với cao lanh và đưa ra quy trình chế tạo chất kết dính từ khoáng sét để đóng rắn xỉ thải.

Hai là, nghiên cứu thành công các điều kiện nhằm cố định các thành phần tồn dư trong xỉ thải như phốt pho (dạng phốt phát tan), flo, một số thành phần khác. Chất kết dính được lựa chọn là sử dụng cao lanh, vôi (mẫu CV204) đóng rắn với xỉ phốt pho: tỷ lệ cao lanh/xỉ là 20/100, vôi/cao lanh là 40/100. Vật liệu đảm bảo cả tiêu chí về chất lượng vật liệu không nung và cả yếu tố môi trường. Các kết quả phân tích nước mưa trung tính, nước mưa axit, nước mặn, nước ngọt, dung dịch axit acetic ở pH 4,93±0,05 sau khi ngâm đều đạt ngưỡng an toàn theo QCVN 07:2009/BTNMT của Bộ Tài nguyên và Môi trường với chất thải nguy hại.

Ba là, đã nghiên cứu khả năng tự đóng rắn của xỉ thải với nước, vôi hoặc xút. Cường độ chịu nén khi đóng rắn với nước cao nhất chỉ đạt 4,73 Mpa, chưa đạt M5; đóng rắn với vôi thì cường độ chịu nén đạt sấp xỉ M5; với xút thì cường độ chịu nén đạt M5 nhưng theo kết quả thử nghiệm thì khả năng thôi nhiễm các mẫu chứa xút không đảm bảo.

Bốn là, đã khảo sát ảnh hưởng của các thành phần trong xỉ đến chất lượng vật liệu đóng rắn cho thấy, hàm lượng phốt pho trong 6 mẫu xỉ từ 0,95-5,99%, Flo từ 1,58-2,76% không ảnh hưởng đến chất lượng, khả năng đóng rắn của xỉ thải, hàm lượng CaO tăng thì làm giảm cường độ chịu nén, hàm lượng Si tăng thì giảm cường độ chịu nén, Al tăng sẽ tăng cường độ chịu nén.

Sản phẩm thử nghiệm từ xỉ thải phốt pho, cao lanh, xút, vôi.

Năm là, đã xây dựng được quy trình sản xuất sản phẩm gạch không nung đảm bảo không gây ô nhiễm môi trường thứ cấp trong phòng thí nghiệm quy mô 15 viên/mẻ, kích thước gạch 200x95x60 mm: Cân định lượng hỗn hợp gồm: 26,63 g xỉ thải phốt pho (đã nghiền đến kích thước 2,36 mm); 5,54 kg cao lanh, 2,34 kg vôi Ca(OH)2 trộn khô 5 phút, thêm 3,11 kg (lít) nước sạch trộn ướt 10 phút; cân 2,48 kg phối liệu đưa vào máy ép viên (lực ép 20 tấn, thời gian ép 25 giây), lưu dưỡng khô 28 ngày.

Sáu là, sản xuất thử nghiệm 1.400 viên gạch đạt tiêu chuẩn chất lượng gạch bê tông theo TCVN 6477:2016 kích thước trung bình 200,3x95x60,6 mm, cường độ chịu nén đạt 13,20 Mpa, độ thấm nước 2,6 l/m2/h, độ hút nước 9,6%; 100 m2 lớp lót nền đường đạt tiêu chuẩn chất lượng tương đương lớp móng cấp phối đá dăm gia cố xi măng theo TCVN 8858:2011, đạt tiêu chuẩn lớp lót nền đường cấp III, IV đường giao thông nông thôn với cường độ ép nén 3,47 và cường độ ép chẻ 0,4 Mpa.

Thành công của đề tài không chỉ tận dụng được nguồn xỉ thải trong quá trình sản xuất phốt pho vàng, giúp gia tăng giá trị kinh tế trong quá trình sản xuất mà còn đóng góp lớn trong việc bảo vệ môi trường, đảm bảo phát triển nền công nghiệp xanh và bền vững.

Nguồn: TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM