Biến tro xỉ thành gạch, lớp lót đường
Đề tài “Xử lý xỉ thải từ sản xuất photpho 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” của nhóm TS Phạm Thị Mai Hương, Trường Đại học Công nghiệp trong Chương trình nghiên cứu KC.08 của Bộ KH&CN là một trong những giải pháp bài bản đầu tiên giúp xử lý triệt để xỉ thải từ các nhà máy sản xuất photpho vàng.
TS Mai Hương cho biết, photpho vàng là nguyên liệu quan trọng trong ngành công nghiệp ứng dụng để sản xuất ra các dẫn xuất sử dụng trong nhiều ngành khác nhau như chất hóa dẻo, phụ gia dầu bôi trơn, thuốc trừ sâu, luyện kim… Nhưng để tạo ra 1 tấn photpho vàng từ quặng apatit, nhà máy sẽ cần thải ra đến 9 tấn xỉ.
“Khi chúng tôi đi khảo sát thì xỉ thải chất hàng núi. Một số nhà máy thậm chí còn đang có nguy cơ đóng cửa vì không còn chỗ chứa xỉ nữa”, TS Hương nói. Có một hiện trạng đáng lo ngại là tổng lượng xỉ thải của sáu nhà máy sản xuất photpho tại Khu Công nghiệp Tằng Loỏng (Lào Cai) đang lên đến hơn 830.000 tấn/năm.
Trước đây, các nhà nghiên cứu ở trong nước và trên thế giới cũng đã có một số ý tưởng xử lý loại xỉ thải này như sản xuất phụ gia xi măng, sơn, phân bón... tuy nhiên chưa có công trình nào công bố cụ thể về kết quả đạt được cũng như lượng xỉ thải đã xử lý.
Bởi vậy, sau khi bàn bạc, TS Mai Hương và đồng nghiệp quyết định lựa chọn hướng sử dụng xỉ thải làm vật liệu xây dựng, vật liệu không nung không sử dụng xi măng như gạch, lớp lót đường giao thông để giải quyết lượng xỉ thải khổng lồ đã và đang tiếp tục chồng chất thêm mỗi năm.
Theo TS Hương, một viên gạch hay một mét vuông đường sẽ cần sử dụng rất nhiều xỉ, do đó nếu chọn làm gạch và lớp lót đường sẽ có thể tiêu thụ lượng xỉ thải nhiều nhất so với các sản phẩm khác. Thêm vào đó, nếu sử dụng xi măng - thành phần thông thường trong gạch không nung - thì sẽ cần phải phá đá vôi, còn nếu nung gạch thì lại phải dùng đến nhiều khí đốt và đồng thời sinh ra các khí thải.
Đó cũng là lý do họ lựa chọn công nghệ “bê tông” polymer - một công nghệ chất kết dính vô cơ không sử dụng xi măng - để đóng rắn xỉ nhằm đảm bảo không gây ô nhiễm thứ cấp. Với công nghệ này, chất kết dính sẽ được tạo ra bởi sản phẩm của phản ứng giữa dung dịch kiềm và các vật liệu có chứa hàm lượng lớn silic và nhôm với các chất độn (để làm xương bê tông).
Thực tế, đây không phải là một công nghệ quá mới và cũng đã được sử dụng để tạo thành các sản phẩm gạch không nung từ tro bay, tro xỉ nhiệt điện trước đây.
Tuy nhiên, mỗi loại xỉ thải lại có tính chất hoàn toàn khác nhau, chẳng hạn, trong khi tro xỉ của nhà máy nhiệt điện rất giàu carbon, silic thì xỉ photpho lại chứa nhiều photpho, flour, canxi, magie và các khoáng chất khác, “do đó công thức để đóng rắn lại xỉ photpho sẽ hoàn toàn khác và không thể áp dụng công thức của loại xỉ này cho loại xỉ khác”, TS Mai Hương giải thích.
Dùng vôi để “bọc” hóa chất độc hại
“Với thành phần xỉ giàu photpho, flour, canxi như vậy, làm thế nào để cường độ chịu nén của vật liệu đạt chất lượng như mong muốn?” là một trong những thách thức mà TS Mai Hương gặp phải. Quan trọng hơn, vấn đề mấu chốt còn nằm ở chỗ, “sản phẩm tạo ra từ xỉ photpho có thải ra chất độc hại nào cho môi trường không?”. Nếu không trả lời được một trong hai câu hỏi kể trên, giải pháp đưa ra sẽ chỉ là một ý tưởng vô nghĩa.
Để giải quyết vấn đề này, nhóm của TS Mai Hương đã tiến hành phân tích thành phần của xỉ và thử nghiệm rất nhiều tỉ lệ phối trộn xỉ và khoáng sét khác nhau. Nhằm không phải sử dụng xi măng, nhóm đã nghiên cứu và lựa chọn các mẫu khoáng sét rất rẻ như cao lanh, trường thạch, bentonite có sẵn ở Lào Cai, Phú Thọ, Thanh Hóa để làm chất kết dính.
Với một sản phẩm tạo ra từ chất thải công nghiệp, nhiệm vụ lớn nhất cần giải quyết vẫn là làm sao để sản phẩm không thải ra chất độc hại cho môi trường. Nếu tiến hành tiền xử lý chất thải, bóc tách các thành phần có hại trước khi tạo sản phẩm thì sẽ là một bài toán kinh tế quá lớn đối với sản phẩm là gạch, nhưng nếu không xử lý thì lại có nguy cơ tác động xấu đến môi trường. Trước bài toán này, nhóm đã tính đến một giải pháp khác: Dùng vôi để “cố định” các thành phần có thể ảnh hưởng đến môi trường của xỉ.
“Bằng việc cố định các thành phần như vậy, ta sẽ vừa không phải xử lý các chất có hại, vừa đảm bảo không chất nào có thể gây ô nhiễm môi trường. Có thể hình dung là trong quá trình đóng rắn xỉ thải, chúng tôi sẽ tạo ra một chiếc “vỏ bọc” an toàn để bảo đảm sản phẩm không thải bất cứ cái gì ra môi trường”, TS Mai Hương cho biết.
Vấn đề này cũng được nhóm cân đo, đong đếm rất lâu bởi “nếu cho tỉ lệ một thành phần quá nhiều thì lập tức sản phẩm lại thải chất ô nhiễm, hoặc nếu cho quá ít thì sản phẩm lại không thể đóng rắn”, chị cho biết.
Một viên gạch hoặc lớp lót đường mà nhóm tạo ra có tỉ lệ xỉ photpho chiếm đến 80% khối lượng. Như vậy, “nếu sản xuất khoảng một triệu viên gạch sẽ tiêu thụ đến hơn 1.880 tấn xỉ, và nếu làm lớp lót đường giao thông dày 0,4 – 0,5 m sẽ tiêu thụ hết từ 5.600 đến 7.060 tấn xỉ cho mỗi km đường rộng 8,0 m”, TS Mai Hương chia sẻ về triển vọng khi áp dụng sản xuất rộng rãi.
Không chỉ vậy, do không phải thực hiện công đoạn tiền xử lý chất thải, chi phí để sản xuất gạch và lớp lót đường từ xỉ photpho thậm chí còn rẻ hơn một chút so với giá gạch trên thị trường.
“Chi phí cho một viên gạch từ xỉ photpho là 801,3 đồng/viên, trong khi đó gạch bê tông từ mạt đá và xi măng hiện nay là khoảng hơn 900 đồng/viên. Chi phí cho bê tông mác 100 là hơn 88 nghìn đồng và mác 200 là hơn 126 nghìn đồng, cũng rẻ hơn nhiều so với bê tông sử dụng xi măng cùng chất lượng”, nhóm nghiên cứu cho biết.
Khi ngâm thử nghiệm sản phẩm trong bốn môi trường khác nhau là nước mưa thường, mưa axit, nước mặn, và nước mặt ao hồ, tất cả kết quả đều cho thấy sản phẩm đạt QCVN 07:2009/BTNMT về ngưỡng chất thải nguy hại, không nguy hiểm cho môi trường đất, nước cũng như sức khỏe của con người.
Đến nay, sau một năm, phần đường mà nhóm lót bằng vật liệu từ xỉ thải vẫn đang hoạt động tốt, “cả xe công nông, xe ba gác đều có thể đi qua mà không làm nứt vỡ đường”, TS Mai Hương cho biết.
