Nghiên cứu công nghệ thu hồi tro bay của nhiệt điện cao ngạn dùng cho sản xuất vật liệu không nung

1

BỘ CÔNG THƯƠNG
VIỆN NGHIÊN CỨU SÀNH SỨ THUỶ TINH CÔNG NGHIỆP


BÁO CÁO ĐỀ TÀI
KHOA HỌC CÔNG NGHỆ CẤP BỘ

Tên đề tài: “Nghiên cứu công nghệ thu hồi tro bay của nhiệt
điện Cao Ngạn dùng cho sản xuất vật liệu không nung
’’

Chủ nhiệm đề tài : K.S Nguyễn Trung Kiên





7610
22/01/2010

HÀ NỘI 11 /2009

2

BỘ CÔNG THƯƠNG
VIỆN NGHIÊN CỨU SÀNH SỨ THUỶ TINH CÔNG NGHIỆP

BÁO CÁO TỔNG KẾT
ĐỀ TÀI KHOA HỌC CÔNG NGHỆ CẤP BỘ

Tên đề tài: “Nghiên cứu công nghệ thu hồi tro bay của nhiệt điện Cao
Ngạn dùng cho sản xuất vật liệu không nung”
Thực hiện hợp đồng: 42.09 RD BS/HĐ – KHCN ngày 05 tháng 05 năm
2009 giữa Bộ Công Thương và Viện Nghiên cứu Sành sứ Thủy tinh
Chủ nhiệm đề tài : K.S Nguyễn Trung Kiên
Cán bộ phối hợp : ThS Nguyễn Tuấn Anh
Cơ quan chủ trì đề tài : Viện Nghiên cứu Sành sứ Thuỷ tinh Công
nghiệp
Đơn vị phối hợp:- Công ty cổ phần khoáng sản Thành Công

- Phân Viện Khoa Học Vật liệu viện Khoa học Việt Nam
Chủ nhiệm đề tài Cơ quan chủ trì đề tài






Nguyễn Trung Kiên

Hà nôi 11/2009


3
Mục lục Trang
Mở đầu
01
Chương 1 Cơ sở lý thuyết chung tuyển tro bay
06

1 Tình hình tuyển và chế biến trên thế giới 06
2 Tình hình tuyển và chế biến tại Việt Nam 07
Chương 2 Nghiên cứu khả năng tuyển nổi
11
1 Đặc điểm thành phần vật chất của tro xỉ Cao Ngạn 11
2 Nghiên cứu khả năng tuyển nổi của tro xỉ Cao Ngạn 15
Chương 3 Ứng d
ụng tro bay
20
I Vật liệu dùng cho nghiên cứu 21
II Ứng dụng tro bay vào trong sản xuất gạch xốp 27
III Ứng dụng tro bay vào trong sản xuất gạch block 33
Kết luận và kiến nghị
40
1 Kết luận 40
2 Kiến nghị 40
Tài liệu tham khảo 41
Phụ lục tính toán kinh tế 42










4
MỞ ĐẦU

Ở nhiều nước trên thế giới, tro xỉ than từ các nhà máy nhiệt điện được sử
dụng rất hiệu quả trong nhiều lĩnh vực, đặc biệt là trong xây dựng. Việc sử dụng
rác thải công nghiệp như tro xỉ than trong xây dựng đường sá luôn luôn được
khuyến khích và đôi khi là một điều kiện bắt buộc. Tại Pháp 99% tro xỉ than
được tái sử dụng, tại Nhật Bản con số là 80% và t
ại Hàn Quốc là 85%. Tại Mỹ,
như hiệp hội tro xỉ Mỹ thông báo năm 2005 các nhà máy điện chạy than của Mỹ
đã thải ra 123,1 triệu tấn tro xỉ tương đương với 40%. Cơ quan môi trường Mỹ
đặt mục tiêu tái sử dụng 50% lượng tro xỉ vào năm 2011. Thực ra việc sử dụng
tro không phải là mới mẻ, vì con người đã biết sử dụng tro từ hơn hai nghìn năm
trước. Ng
ười La Mã cổ xưa đã sử dụng tro của núi lửa đem trộn với vôi và các
chất phụ gia khác để xây các công trình, nhiều cái trong số đó vẫn còn tồn tại
cho đến ngày hôm nay.
Trong công nghiệp xi măng, tro thô được dùng để thay thế đất sét, một
trong những nguyên liệu chính để chế tạo xi măng, vì tro có thành phần hóa học
gần tương tự đất sét. Chính vì vậy mà ở các nước tiên tiến bên cạnh nhà máy
nhiệt điệ
n luôn luôn có các nhà máy xi măng để xử dụng tro xỉ than tại chỗ. Tro
thô còn được trộn với các vật liệu kết dính như xi măng để làm vật liệu nền
đường. Ngoài ra nó còn dụng làm phân bón, trong việc đánh bắt cá…
Tro bay (tiếng anh là fly ash), phần mịn nhất của tro xỉ than là phụ gia rất
hữu dụng trong bê tông và xi măng. Gọi tro bay vì người ta dùng các luồng khí
để phân loại tro. Khi thổi một luồng khí nhất định thì hạt thô sẽ rơi xuố
ng trước
và hạt nhỏ sẽ bay xa hơn. Trong bê tông, tro bay được dùng để thay thế khoảng
trên dưới 30% xi măng nhờ nhiều ưu điểm rất đặc trưng của nó như hạt tròn đều
chứ không có góc cạnh như hạt xi măng, vì vậy nó giống như các chất bôi trơn
khi được trộn vào trong bê tông, giúp ta có thể bơm bê tông đi xa hơn, cao hơn,
hay nhờ đó mà ta có thể sử dụng ít nước trong bê tông (nghĩa là bê tông sẽ

bền
hơn) mà vẫn đạt được độ lưu động cần thiết của bê tông.
Hạt tro bay rất nhỏ, vì vậy mà nó len lỏi vào trong các lỗ rỗng li ti của bê
tông, làm cho bề tông chặt hơn, bền hơn. Trong xây dựng các khối bê tông lớn
5
như đập thủy điện, việc thay thế một phần xi măng bằng tro bay giúp giảm nhiệt
lượng tỏa ra trong khối bê tông do phản ứng thủy hóa của xi măng, tránh nứt nẻ,
tăng độ bền và giảm giá thành xây dựng rất nhiều. Với các công trình nước thải,
việc sử dụng tro bay trong bê tông làm tăng tính bền của bê tông trước sự tấn
công của axit.
Đối với nước ta, hiện nay hàng nă
m các nhà máy nhiệt điện thải ra khoảng
1.3 triệu tấn tro xỉ và dự kiến vào năm 2010 là khoảng 2.3 triệu tấn. Phần lớn
lượng tro xỉ thải ra hiện vẫn còn nằm ở các bãi chứa, hồ nước, bãi sông, đất
ruộng, chiếm nhiều diện tích và gây ô nhiễm môi trường. Vì vậy việc nghiên
cứu, áp dụng các giải pháp xử lý và sử dụng tro xỉ là rất cần thiết.
Hiện nay, tro xỉ củ
a các nhà máy nhiệt điện dùng than (Phả Lại 1, Uông
Bí, Ninh Bình được khai thác, xử lý chủ yếu để làm nhiên liệu nung vôi, gạch …
với khối lượng không lớn. Riêng tro bay Phả Lại 2 được đánh giá có chất lượng
tốt hơn, hàm lượng than chưa cháy vẫn còn cao nhưng có thể sử dụng được nếu
qua xử lý. Được biết Tổng công ty Sông Đà đang nghiên cứu lắp đặt một hệ
thống dây chuyền để thu gom và xử
lý tro của nhà máy Phả Lại 2 rồi đưa vào sử
dụng trong các công trình thủy điện, trong đó có thủy điện Sơn La.
Theo tiêu chuẩn ASTM C618 quan tâm đến 2 loại tro bay: Loại F và loại
C. Sự khác nhau chủ yếu giữa 2 loại tro bay này là hàm lương ôxyt silic (SiO
2
),
ôxyt nhôm (Al

2
O
3
) và ôxyt sắt (Fe
2
O
3
) trong thành phần của chúng. Các tính
chất vật liệu và diễn biến về độ bền theo thời gian là khác nhau tùy thuộc chủ
yếu vào bản chất các loại than đốt tạo nên chúng (ví dụ như than antraxit, than
bitum, hay than non).
Không phải loại tro bay nào cũng đạt yêu cầu của ASTM 618, tro nếu
dùng làm chất thay thế xi măng phải đáp ứng các điều kiện nghiêm ngặt về tiêu
chuẩn cấu trúc, nhưng nếu ứng dụng vào các mục đích khác thì có thể
không áp
dụng tiêu chuẩn trên. 3/4 tổng lượng tro phải có kích cỡ < 45µm và có hàm
lượng mất khi nung < 6%. Phân bố kích cỡ hạt tro bay dao động thường xuyên,
nguyên nhân là do điều kiện nghiền than và đốt than thay đổi và chế độ vận
hành lò cũng thay đổi. Nên nếu tro bay đem dùng làm thành phần của bê tông thì
6
có thể cần có các thiết bị phân tách tro như máy phân loại cơ học có kiểm tra
chất lượng đầu ra.
Tro bay loại F: Việc đốt các loại than già hơn, cứng hơn như antraxit hoặc
than bitum thường cho ta tro bay loại F. Loại tro bay này có tính pozzlanic và có
hàm lượng vôi (CaO) < 10%. Để làm được các vật liệu bê tông thì cần cho thêm
vào loại tro này các chất tạo xi măng.
Tro loại C: Việc đốt các loại than non hơn như than non hay than bán
bitum sẽ tạo ra tro bay loại C. Loại tro này ngoài tính pozzlanic có có ít tính chất
tự t
ạo xi măng. Nếu gặp nước nó sẽ tự cứng lại và hình thành độ bền theo thời

gian. Nói chung tro bay loại C chứa > 20% CaO.
Nhờ các tính chất pozzlanic của nó, tro bay được ứng dụng thay thế cho xi
măng pooclan trong bê tông. Việc sử dụng tro bay như là hợp thành poozzlanic
được công nhận đầu tiên vào năm 1914, mặc dù nghiên cứu sử dụng thực sự
đáng chú ý là năm 1937. Sử dụng tro bay như là chất thay thế một phàn cho xi
măng nói chung chỉ là hạn chế
cho tro bay loại F. Nó có thể thay thế tới 30% về
khối lượng cho xi măng pooclan và có thể làm tăng sức chịu đựng hóa học và
tuổi thọ của bê tông.
Gần đây nhất là công nghệ trộn bê tông có hàm lượng tro bay thay thế xi
măng cao đã được triển khai (Thay thế 50% xi măng). Đối với bê tông đầm lăn
(Dùng trong xây dựng đập thủy điện) đã đạt được 70% pozzocrete (Tro bay đã
tuyển) ở dự án đập th
ủy điện Ghatghar ở Maharastra, Ấn Độ.
Dựa vào báo cáo phân tích tại Viện Khoa học công nghiệp. Đại học
Tokyo, Nhật Bản (Be402, 4-6-1 Komaba, Meguro-ku, Tokyo 153 – 8505, Japan)
tro xỉ than ở hầu hết các nhà máy nhiệt điện Việt Nam thuộc loại F, không phản
ứng với nước, vì vậy mà giải pháp bơm tro cùng với nước ra bãi thải được áp
dụng triệt để, phớt lờ các tác động đến môi trường. Kết quả điều tra cho th
ấy
môi trường đất và nước ở quanh bãi thải bị ảnh hưởng nghiêm trọng, với hàm
lượng các chất độc hại như kim loại nặng rất cao (JBIC).
Việc khai thác sử dụng tro xỉ cũng như tro bay tự phát vì bản thân ngành
điện và các nhà máy không có chủ trương khai thác tro hoặc không có điều kiện
7
khai thác, nhân dân quanh khu vực các bãi xỉ than đang khai thác một cách tự
phát, chủ yếu làm gạch xây nhà bằng cách trộn với vài phần trăm xi măng và
nước.
Công ty nhiệt điện Cao Ngạn thuộc tập đoàn Than & Khoáng sản Việt
Nam là công ty nhiệt điện đốt than theo công nghệ tầng sôi tuần hoàn, gồm 2 tổ

máy, công suất định mức là 100MW, công suất max: 128MW. Được đưa vào sử
dụng và vận hành thương mại năm 2006, hàng năm công ty cung cấp lên l
ưới
điện quốc gia khoảng 600 triệu KWh điện.
Công ty sử dụng than nhiệt trị thấp của tỉnh Thái nguyên để sản xuất kinh
doanh điện. Với công nghệ đốt tầng sôi tuần hoàn, có nhiệt độ buồng lửa thấp
(800-900
o
C) và quá trình cháy trong buồng lửa cùng với đá vôi để khử lưu
huỳnh nên có các sản phẩm tro bay và tro đáy có đặc thù riêng. Theo như kết
quả phân tích của công ty so sánh với tiêu chuẩn ASTM618 thì.
Tổng các oxit cần thiết (SiO2, Al
2
O
3
, Fe
2
O
3
) thấp.
Hàm lượng SO
3
cao
Thành phần chưa cháy hết cao.
Việc xử lý hàm lượng mất khi nung cao bằng nhiệt đã được thực hiện
nhưng khi đó thành phần trên vẫn không đạt.
Hiện tại đa phần lượng tro xỉ của nhà máy chưa được sử dụng do chất
lượng đánh giá là thấp. Phần lớn được sử dụng làm san lấp mặt bằng.
Vì vậy Viện Nghiên cứu Sành sứ Thủy tinh Công nghiệp
đã đăng ký với

Bộ Công Thương đề tài : “ Nghiên cứu công nghệ thu hồi tro bay của nhiệt
điện Cao Ngạn dùng cho sản xuất vật liệu không nung”
Hợp đồng đặt hàng sản xuất và cung cấp dịch vụ sự nghiệp công, nghiên
cứu khoa học và phát triển công nghệ số: 42.09 RD BS/HĐ- KHCN
Ký giữ bộ Công thương và viện Nghiên cứu Sành sứ Thủy tinh Công
nghiệp ngày 05 tháng 05 năm 2009



8
Nhiệm vụ của đề tài:
- Khảo sát đánh giá nguồn tro bay của nhiệt điện Cao Ngạn
- Xây dựng qui trình kỹ thuật thu hồi tro bay, ứng dụng vào sản xuất vật
liệu không nung.
- Xác định bài phối liệu cho sản xuất vật liệu xây dựng không nung.
- Qui trình sản xuất gạch không nung như gạch Block, gạch nhẹ cách âm
và cách nhiệt…
- Ứng dụng 20 tấn tro bay vào sản xu
ất vật liệu không nung.

9
CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHUNG TUYỂN TRO BAY
1. Tình hình tuyển và chế biến trên thế giới
Trên thế giới người ta thường sử dụng tro xỉ vào các mục đích theo thứ tự
giảm dần như sau:
- Bê tông và sản phẩm bê tông
- Đắp đường, đê và điền đầy các cấu trúc
- Làm ổn định chất thải và làm cứng
- Vật liệu thô cho clanke xi măng
- Phục hồi mỏ
- Làm ổn đị
nh vùng đất nền
- Làm nền đường
- Vật liệu khối
- Chất điền đầy tự chảy
- Phụ gia khoáng hóa cho bê tông
- Các ứng dụng khác bao gồm bê tông xốp, ngói lợp, sơn đúc kim loại
và chất phụ gia cho sản phẩm gỗ và nhựa.
Các nhà máy nhiệt điện trên thế giới thường xử dụng than làm nhiên liệu

do đó tạo ra một khố
i lượng tro xỉ rất lớn, hàng trăm triệu tấn mỗi năm. Do đó
chất lượng tro xỉ khi ứng dụng vào một số ngành xây dựng, phụ gia chống thấm
cho bê tông chưa đảm bảo chất lượng vì vậy người ta thường áp dụng các công
nghệ tuyển như sau:
a. Công nghệ tuyển nổi
Sau quá trình đốt trong lò tro xỉ còn chứa từ 12-25% than chưa cháy hết
do vậy cần tuyển nổi để
đưa hàm lượng than xuống dưới 6%. Quá trình tuyển
đưa vào các thuốc tập hợp là dầu hỏa, diezen với chi phí từ 1,5-2 kg/tấn sản
phẩm, thuốc tạo bọt sử dụng dầu thông với chi phí 1kg/tấn sản phẩm.
b. Công nghệ tuyển tĩnh điện
Phương pháp này dựa vào hệ số dẫn điện của than và tro khác nhau để
phân chia thành hai sản phẩm. Sản phẩm than có hệ số dẫn đi
ện tốt đi về phía
cực dương, sản phẩm tro có hệ số dẫn điện kém đi về phía cực âm (tang quay)
10
phương pháp này thường ứng dụng với hàm lượng than thấp dưới 12% và cỡ hạt
trên 20µm thì có hiệu quả.
c. Công nghệ đốt các bon
Phương pháp dựa vào hiệu ứng đốt than còn lại trong tro xỉ bằng gas để
hạ hàm lượng than ở nhiệt độ khoảng 900
o
C.
2 Tình hình tuyển và chế biến tại Việt Nam
a. Công nghệ tuyển nổi: Vào năm 1994-1995 công ty DETECH đã tiến
hành tuyển nổi tro xỉ nhà máy nhiệt điện Phả Lại với công suất 200 tấn/ngày, tuy
nhiên tại giai đoạn đó chưa có thị trường ổn định do vậy dự án không phát triển
quy mô lớn. Trong những năm gần đây do nhu cầu phát triển của các nhà máy
thủy điện cần đế

n phụ gia bê tông dựa trên nguyên liệu là tro xỉ sau tuyển có
hàm lượng các bon nhỏ (<6%) vì vậy một số nhà máy tuyển nổi xỉ than đã được
thành lập.
Nhà máy chế biến tro bay nhiệt điện do công ty cổ phần và dịch vụ Cao
Cường (thị trấn Phả Lại – Chí Linh – Hải Dương) phối hợp với Viện Khoa học
Việt Nam) với công suất 80.000 tấn/năm thành lập tháng 7 năm 2006.
Nhà máy tuyển nổi tro xỉ than do t
ổng công ty điện Việt Nam EVN phối
hợp với nhà máy nhiệt điện Phả Lại và tổng công ty Sông Đà.
Nhà máy tuyển nổi tro xỉ than tại nhà máy nhiệt điện Uông Bí
Công nghệ tuyển nổi đều dựa trên nguyên lý về sự khác biệt bề mặt
khoáng hóa của than và tro khi tiếp xúc với thuốc tập hợp (dầu hỏa, dầu
diezen ) và quá trình tạo bọt do tác động của dầu thông. Tỷ lệ rắn/l
ỏng của quá
trình tuyển là 30%, chi phí thuộc tập hợp 2kg/tấn nguyên liệu, thuốc tạo bọt là
2kg/tấn nguyên liệu, độ ẩm được giảm dần từ 70% xuống 50% và cuối cùng là
20-22%. Sản phẩm sau quá trình sấy tro bay có các chỉ tiêu kỹ thuật như sau:
Tổng các oxit cần thiết (SiO2, Al
2
O
3
, Fe
2
O
3
) ≥ 86%.
Hàm lượng SO
3
≤ 0,3%, Thành phần chưa cháy hết ≤ 5%
Hàm lượng trên sàng 45µm ≤ 16%, Độ ẩm ≤ 2%

11
Sơ đồ công nghệ tuyển như sau:

Cấp nước Thải

Bơm bùn
Sàng rung
Bơm bùn
Bể điều hòa
Thùng khuấy tiếp xúc 1
Thùng khuấy tiếp xúc 2
Thùng khuấy tiếp xúc 3
Thiết bị tuyển nổi
Dầu M7
Dầu thông
Dung dịch than Dung dịch tro bay
Bể cô đặc than
Bơm bùn
Bãi chứa sản phẩm
Bể cô đặc tro bay
Bơm bùn
Róc nước, phơi tự nhiên
Kho có mái che
(Tro bay độ ẩm < 20%)
12
b. Công nghệ dốt các bon của công ty Hải Sơn JSC
Nguyên lý công nghệ dựa trên hiệu ứng đốt lại tro xỉ nhà máy nhiệt điện
để hạ hàm lượng than (< 6%), do đó tro xỉ nhà máy nhiệt điện Phả Lại được
đóng thành gạch sau đó đưa và lò tuynen đốt ở nhiệt độ 900
o
C bằng gas đạt chất
lượng theo yêu cầu hàm lượng các bon < 6%. Sản phẩm tro xỉ sau khi nung

được nghiền, đóng bao.
Sơ đồ công nghệ như sau:



Cấp nước




Phơi















Đóng bao
Tro bay
Xưởng đóng gạch xỉ
Gạch xỉ khô

Gạch xỉ ướt
Lò tuynen
Gạch đã xử lý MKN
Kho chứa
Máy nghiền
Silô chứa
Kho sản phẩm
Khí gas
13

c. Công nghệ tách tro xỉ than bằng tuyển tĩnh điện
Công ty Sông Đà 12 đã phối hợp với Viện cơ khí Bộ Công Thương xây
dựng nhà máy tuyển tro xỉ tại nhà máy nhiệt điện Phả Lại bằng phương pháp
tĩnh điện. Nguyên lý tuyển tro và than bằng phương pháp này dựa trên sự khác
nhau của hệ số dẫn điện bề mặt của tro và than. Nhà máy xây dựng xong dự kiến
công suấ
t 20 tấn/giờ, tuy nhiên trong quá trình vận hành chưa đạt được công
suất và chất lượng.
Sơ đồ công nghệ tuyển tĩnh điện của nhà máy như sau:


Tro nhà máy nhiệt điện

Cylo chứa tro xỉ than
Cylo Than
Máy cấp liệu
Máy tuyển tĩnh điện
Cylo tro xỉ
Than Tro xỉ
14

CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG TUYỂN NỔI
1. Đặc điểm thành phần vật chất tro xỉ nhà máy nhiệt điện Cao Ngạn
Nhiệt điện Cao Ngạn có công suất thiết kế 100MW, hàng năm nhà máy
nhiệt điện này tiêu thụ khoảng 450.000T than khai thác tại mỏ Núi Hồng Thái
Nguyên. Đây là một nhà máy nhiệt điện sử dụng than đạt các yêu cầu về môi
trường.
Do trong than Núi Hồng có hàm lượng S cao, khi đốt cháy sẽ sinh ra SO
2

gây ô nhiễm môi trường nên đòi hỏi phải có phương pháp xử lý khử SO
2
. Có
nhiều phương pháp xử lý khí thải SO
2
như phương pháp hoàn nguyên, phương
pháp rửa kiềm, phương pháp làm sạch ngay trong lò đốt.
Hiện nay, nhiệt điện Cao Ngạn đảm bảo được tất cả các yêu cầu về tiêu
chuẩn khí thải. Phương pháp làm sạch SO
2
mà nhiệt điện Cao Ngạn sử dụng đó
là phương pháp làm sạch ngay trong buồng đốt, mặc dù phương pháp này có
nhược điểm là hiệu suất sử dụng nhiệt không cao. Nguyên lý của phương pháp
là sử dụng CaO để phản ứng với SO
2
ngay trong lò đốt than. Vì vậy hằng năm
nhiệt điện Cao Ngạn cũng phải tiêu tốn tới 200.000T đá vôi để phun kết hợp với
than vào buồng đốt tầng sôi.
Một số chỉ tiêu hóa học của đá vôi Cao Ngạn như sau:
CaO: 50-55%, MgO: 0,5-5%, Fe
2
O
3
:0,1-2%, SiO
2
: 0,1-1%
Trong lò đốt xảy ra phản ứng phân hủy:
CaCO
3

→ CaO + CO
2
(1)
và vôi sống sẽ phản ứng với SO
2
:
CaO + SO
2
+ O
2
→ CaSO
4
(2)
Lượng đá vôi được tự động điều khiển để đảm bảo hiệu suất làm sạch khí
SO
2
là tốt nhất nhờ một thiết bị đo nồng độ SO
2
đặt trên đường dẫn khí thải.
15
Sản phẩm của quá trình làm sạch khí SO
2
là thạch cao khan – CaSO
4
, sau
đó thạch cao khan sẽ được thải ra ngoài môi trường cùng với xỉ than. Toàn bộ
bụi xỉ than sau đó được các thiết bị xử lý bụi thu hồi ra bãi chứa. Sở dĩ các nhà
thiết kế chọn dạng lò này bởi lẽ trong lò tầng sôi, các hạt đá vôi được lưu lơ lửng
trong lò một khoảng thời gian nhất định nên có đủ thời gian và điều kiện xảy ra
các phản ứng (1) và (2), do vậy hi

ệu suất làm sạch khí SO
2
cao.
Phương pháp làm sạch SO
2
ngay trong lò đốt cho phép giảm đáng kể vốn
xây dựng ban đầu do không phải đầu tư cho hệ thống thiết bị làm sạch khí riêng
biệt. Với quy mô công suất 100MW như Nhà máy nhiệt điện Cao Ngạn, lượng
vốn tiết kiệm được lên tới vài chục triệu USD. Khí thải ở Nhà máy nhiệt điện
Cao Ngạn có nồng độ các chất khí gây ô nhiễm thấp hơn giới hạn cho phép theo
TCVN hiện nay.
Đây cũ
ng là cơ sở đầu tiên ở nước ta sử dụng phương pháp làm sạch khí
SO
2
theo phương pháp hiện đại, có thể đáp ứng được các tiêu chuẩn về bảo vệ
môi trường của khu vực trong những thập niên tới.
Như vậy, trong thành phần tro than nhiệt điện Cao Ngạn thì ngoài các ôxit
tương tự như đất sét, nó còn có một lượng CaSO
4
khá cao (trên 20%).
Kết quả phân tích thành phần khoáng của mẫu tro bay trước khi tuyển tại
Trung tâm phân tích thí nghiệm địa chất cho ta thấy: Hàm lượng khoáng
Anhyđrit (CaSO
4
) chiếm 24÷26%, canxit (CaO) chiếm 1÷3%.
Lấy mẫu tro than nhiệt điện Cao Ngạn đại diện và phân tích thành phần hoá
tro than Cao Ngạn được kết quả như sau:
Chỉ tiêu
SiO

2
Al
2
O
3
Fe
2
O
3
CaO MgO R
2
O MKN
Hàm lượng 30,76 11,82 8,32 11,44 0,69 1.59 23.32
(Kết qủa phân tích tại Viện N/C Sành sứ Thủy tinh)
Hiện nay, mỗi ngày nhiệt điện Cao Ngạn thải ra khoảng 1000 tấn tro than
mà chưa có biện pháp nào xử lý, tận thu một cách hiệu quả. Đây là loại tro than
16
màu nâu hồng, có hàm lượng MKN khá cao nên chưa được tận dụng làm phụ
gia khoáng hoạt tính trong công nghiệp xi măng.
Thành phần tro xỉ phụ thuộc vào hai yếu tố chủ đạo là than nhiên liệu và
đá vôi đưa vào phối trộn trong quá trình đốt
Bảng 1: Thành phần hóa của than nhiên liệu [% KL]
PT01-1 PT01-2
Coal analyses receiced ALSTOM RWE QUACONTROL ALSTOM RWE QUACONTROL
Total moisture Mass % 7.11 6.7 7.69 - 6.60 7.46
Ash content Mass % 22.69 23.64 23.35 - 22.54 24.68
Total carbon Mass % 60.45 59.53 60.54 - 60.71 59.68
Hydrogen Mass % 2.53 2.59 2.58 - 2.59 2.46
Sulphur Mass % 3.35 3.34 2.93 - 3.26 2.80
Nitrogen Mass % 1.2 1.11 1.26 - 1.16 1.23

Oxygen Mass % 2.67 3.09 1.64 - 3.14 1.68
GCV kJ/kg 23584 23311 23228 - 23796 22666
NCV kJ/kg 22872 22594 22490 - 23082 21959
Carbonal CO
2
Mass % 3.09 3.67 - - 3.47 -
Volatile matter Mass % 11.59 12.46 12.04 - 12.00 12.19
Bảng 2: Thành phần hóa của đá vôi nguyên liệu [% KL]
PT01-1 PT01-2
Limestone analyses ALSTOM RWE QUACONTROL ALSTOM RWE QUACONTROL
Total moisture Mass % 0.22 - - 0.24 - -
CaO Mass % 49.43 - - 49.72 - -
CaCO
3
Mass % 88.22 - - 88.74 - -
MgO Mass % 1.18 - - 1.15 - -
MgCO
3
Mass % 2.47 - - 2.41 - -
CaSO
4
Mass % 1.09 - - 1.07 - -
SiO
2
Mass % 3.71 - - 3.35 - -
Al
2
O
3
Mass % 1.22 - - 1.12 - -

Fe
2
O
3
Mass % 0.66 - - 0.62 - -
K
2
O Mass % 0.14 - - 0.12 - -
Na
2
O Mass % < 0.05 - - < 0.05 - -
d(36.8) µm 36.6 - - 27.9 - -
Slope n - 0.7107 - - 0.6624 - -
Bulk density –loose Kg/dm
3
0.801 - - 0.778 - -
Bulk density- shaked Kg/dm
3
1.379 - - 1.476 - -
Average density Kg/dm
3
1.090 - - 1.127 - -
Reaktivity g-S/kg lime 93.8 - - 90.8 - -
17
Theo tài liệu tham khảo phân tích của nhà máy nhiệt điện Cao Ngạn


1.3 Kết quả phân tích thành phần tro bay của công ty nhiệt điện Cao Ngạn
khi đốt than và đá vôi
Bảng 3: Thành phần hóa của tro bay khi đốt than với đá vôi [% KL]

PT01-1 PT01-2
Fly ash composition ALSTOM RWE QUACONTROL ALSTOM RWE QUACONTROL
Silicium oxide Mass % 23.80 24.40 25.29 - 24.40 25.66
Aluminium oxide Mass % 8.07 8.09 10.85 - 8.26 10.27
Titanium oxide Mass % 0.03 0.28 0.34 - 0.28 0.4
Iron (III) oxide Mass % 11.5 12.10 11.98 - 12.30 12.17
Calciumoxide Mass % 33.3 33.10 30.80 - 31.40 30.12
Magnesium oxide Mass % 1.01 1.01 1.48 - 1.27 1.52
Sulphur trioxide Mass % 20.30 20.40 - - 20.80 -
Sodium oxide Mass % 0.02 < 0.1 0.2 - < 0.1 0.22
Potassium oxide Mass % 0.79 0.81 1.34 - 0.83 1.25
Phosphorus V oxide Mass % 0 78 0.84 0.81 - 0.88 0.87

Fly ash analyses

Loss on ignition Mass % 21.63 21.75 - - 22.57 -
Total C Mass % 21.18 19.80 21.07 - 20.40 21.83
Total inorganic C Mass % 0.29 0.32 - - 0.30 -
Total organic C Mass % 20.89 19.47 - - 20.14 -
CaO free Mass % 11.60 - - - - -

PSD

1 µm R [%] 96.32 - - 96.22 - -
1.6 µm R [%] 93.95 - - 93.72 - -
2,5 µm R [%] 89.78 - - 89.56 - -
4 µm R [%] 82 - - 82.09 - -
6 µm R [%] 72.39 - - 72.91 - -
10 µm R [%] 57.38 - - 58.33 - -

16 µm R [%] 41.4 - - 42.28 - -
25 µm R [%] 25.18 - - 25.59 - -
40 µm R [%] 10.2 - - 10.23 - -
63 µm R [%] 1.75 - - 1.72 - -
80 µm R [%] 0.13 - - 0.11 - -
18

(Một số kết quả phân tích tro bay Cao Ngạn theo ALSTOM, tài liệu tham khảo của nhà máy
nhiệt điện Cao Ngạn)

1.4 Kết quả phân tích thành phần tro bay khi nhà máy nhiệt điện Cao Ngạn
chỉ đốt than không
Bảng 4: Thành phần hóa của tro bay khi đốt than không [% KL]

PT01-1 PT01-2
Coal ash composition ALSTOM RWE QUACONTROL ALSTOM RWE QUACONTROL
Silicium oxide Mass % 41.00 39.50 39.42 - 39.50 39.09
Aluminium oxide Mass % 13.90 11.90 14.69 - 12.20 14.44
Titanium oxide Mass % 0.49 0.42 0.46 - 0.43 0.44
Iron (III) oxide Mass % 12.80 12.30 12.69 - 12.40 11.86
Calciumoxide Mass % 16.90 18.90 16.17 - 18.30 17.38
Magnesium oxide Mass % 1.01 0.95 1.38 - 1.01 1.13
Sulphur trioxide Mass % 9.46 13.90 - - 13.80 -
Sodium oxide Mass % 0.03 < 0.1 0.21 - < 0.1 0.25
Potassium oxide Mass % 1.46 1.29 1.97 - 1.30 1.97
Phosphorus V oxide Mass % 0.96 0.87 0.92 - 0.92 0.88
Manganese oxide Mass % 0.12 - - - - -

PSD

63 µm R [%] 51.22 - - - - -
90 µm R [%] 49.80 - - - - -
200 µm R [%] 43.77 - - - - -
315 µm R [%] 38.83 - - - - -
630 µm R [%] 31.31 - - - - -
1000 µm R [%] 26.15 - - - - -
2000 µm R [%] 17.36 - - - - -
3150 µm R [%] 12.17 - - - - -
5000 µm R [%] 7.21 - - - - -
10000 µm R [%] 0.2 - - - - -
Tài liệu tham khảo kết quả phân tích của ALSTOM của nhà máy nhiệt điện cao ngạn
2 Nghiên cứu tuyển nổi tro xỉ nhà máy nhiệt điện Cao Ngạn
2.1 Xác định Thuốc tuyển nổi
Thuốc tuyển nổi là một phương tiện có hiệu lực và đảm bảo tính chọn lựa,
tính ổn định và hiệu quả cao của quá trình tuyển nổi, đồng thời nó còn tạo ra khả
19
năng lớn nhất để hoàn thiện và làm tăng hiệu quả của phương pháp tuyển nổi.
Có thể khẳng định rằng, không dùng thuốc tuyển nổi thì sẽ không có phương
pháp tuyển nổi.
Khi nghiên cứu phương pháp tuyển nổi khoáng sản có ích thì phần lớn
thời gian, phương tiện và sự suy nghĩ đều tập trung vào sự nghiên cứu chế độ
thuốc tuyển. Tại các xưởng tuyển nổi chế
độ thuốc tuyển là đòn bảy chính để
điều khiển quá trình công nghệ.
Vì những lẽ trên mà lý thuyết về tác dụng các thuốc tuyển nổi có ý nghĩa
thực tiễn rất lớn.
Tác dụng của thuốc tuyển nổi rất đa dạng cho phép ta thay đổi tính chất bề
mặt các khoáng vật trong phạm vi rộng và do đó đã làm cho phương pháp tuyển
nổi trở thành một phương pháp vạn nă
ng nhất để làm giầu các loại kháng sản có

ích.
Thuốc tuyển nổi có thành phần rất đa dạng. trong đó có thể bao gồm
những hợp chất vô cơ và hữu có, có thể là các axit và kiềm, các loại muối,
những chất có thể tan được hoặc không tan được trong nước.
Tùy thuộc và mục đích sử dụng các thuốc tuyển nổi được phân chia thành
những loại sau đây:
Thuốc tập hợp:
Đó là những hợp chất hữu cơ có tác dụng một cách chọn lựa lên bề mặt
những hạt khoáng vật nhất định và làm cho bề mặt đó có tính kị nước. Thuốc tập
hợp tác dụng tập trung trên bề mặt phân chia pha khoáng vật- nước do đó làm kị
nước bề mặt hạt khoáng vật và đảm bảo khả năng bám dính cần thiết của nó và
bóng khi để cùng nổi lên.
Thu
ốc tạo bọt:
Thuốc tạo bọt là những chất có hoạt tính bề mặt, khi hấp phụ lên bề mặt
phân chia pha nước – không khí (bề mặt bóng khí trong nước) thì có khả năng
giữ các bóng không khí luôn ở trạng thái phân tán, ngăn chúng hợp nhất với
nhau thành bóng lớn. Thuốc tạo bọt làm tăng độ bền của bọt tuyển nổi do đó nó
làm tăng tính ổn định của bọt khoáng hóa đang và đã nổi lên trên b
ề mặt bùn.
20
Thuốc điều chỉnh:
Nhiệm vụ chính của các loại thuốc này là điều chỉnh tác dụng của thuốc
tập hợp lên các hạt khoáng vật khác nhau để nâng cao tính lựa chọn của quá
trình tuyển nổi. Do sự tác dụng của thuốc điều chỉnh mà thuốc tập hợp chỉ tác
dụng và làm kị nước những khoáng vật nào cần đưa vào sản phẩm bọt.
Dự
a vào tác dụng của chúng các thuốc điều chỉnh lại được phân chia
thành các loại sau đây:
- Thuốc kích động

Đó là loại thuốc điều chỉnh tác dụng trực tiếp lên bề mặt của một loại
khoáng vật nào đó, tạo khả năng cho khoáng vật ấy tương tác thuận lợi với thuốc
tập hợp. Do đó thuốc kích động có tác dụng làm tăng hiệu quả tuyể
n nổi.
- Thuốc đè chìm
Đó là loại thuốc làm cho điều kiện làm kị nước các khoáng vật của thuốc
tập hợp bị xấu đi và do đó làm giảm hiệu quả tuyển nổi.
Ngoài ra, thuốc kích động và thuốc đè chìm còn có thể ảnh hưởng trực
tiếp đến độ bền của màng hydrat trên bề mặt khoáng vật và do đó làm thay đổi
tính nổi của nó một cách độc l
ập đối với tác dụng của thuốc tập hợp. Thuốc kích
động và thuốc đè chìm đại đa số là các chất vô cơ.
Thuốc điều chỉnh môi trường:
Loại thuốc này có tác dụng đảm bảo trong bùn có thành phần ion thuận lợi
cho quá trình tuyển nổi. Nó làm thay đổi nồng độ ion H
+
hoặc OH
-
và nồng độ
các muối hòa tan, giữ cho các hạt mùn ở trạng thái phân tán có lợi cho tuyển nổi.
Như vậy, thuốc điều chỉnh môi trường tạo môi trường thuận lợi cho một loại
khoáng vật nào đó và không lợi cho những khoáng vật khác.
Sự phân loại thuốc tuyển như đã trình bày ở trên chỉ là quy ước. Bởi vì
thực tế có những thuốc tập hợp có tính tạo bọt và ngược lạ
i cũng có những thuốc
tạo bọt có tính tập hợp. Đối với thuốc kích động và thuốc đè chìm cũng vậy, có
những thuốc trong một số điều kiện nào đó thì có tính kích động nhưng trong
một điều kiện khác lại có tính đè chìm.
21
Tùy thuộc vào vị trí tác dụng các thuốc tuyển nổi còn được phân chia

thành hai loại chính:
Loại thuốc tác dụng trực tiếp hoặc điều chỉnh tác dụng của các loại thuốc
khác lên bề mặt khoáng vật. Các thuốc tuyển nổi loại này có thể chia thành hai
nhóm nhỏ. Nhóm thứ nhất gồm những loại thuốc tác dụng trực tiếp trên bề mặt
khoáng vật hoặc trên những vùng lân cận bề mặt đ
ó. Trong nhóm này bao gồm
tất cả các loại thuốc tập hợp, thuốc đè chìm và thuốc kích động. Nhóm thứ hai
gồm các loại thuốc tuy có tác dụng đến quá trình tuyển nổi nhưng chỉ nằm trong
nước. Trong nhóm này chủ yếu bao gồm các chất điều chỉnh nồng độ ion
hidroxyl (OH
-
) và hidro (H
+
), những chất làm mất tác dụng của các ion nằm
trong nước và ảnh hưởng xấu đến quá trình tuyển nổi (như làm kết tủa các ion
đó).
Loại thuốc tác dụng trên bề mặt phân chia pha lỏng – khí. Đó là các loại
thuốc tạo bọt.
Đối với tất cả các loại thuốc tuyển nổi đều có những yêu cầu sau đây: Tác
dụng có tính chọn lựa, có thành phần ổn định, rẻ tiề
n, dồi dào về số lượng, dễ sử
dụng (không bị hư hỏng khi bảo quản, dễ hòa tan trong nước, không có mùi khó
chịu, không độc hại …)
Nhóm đề tài thử nghiệm thuốc tuyển nổi hai loại như sau:
- Thuốc tập hợp bao gồm dầu FO, dầu diezen, chi phí 1,5 kg/tấn.
- Thuốc tạo bọt dầu thông có hàm lượng Terphinol > 40% được hòa tan
trong dầu hỏa trắng hoặc trong nước sôi, chi phí 1,0 kg/tấn.
2.2 Xác đị
nh tỷ lệ rắn/lỏng tối ưu
Quá trình thí nghiệm tuyển nổi xỉ than việc xác định tỷ lệ rắn/lỏng tối ưu

là rất cần thiết vì đó là thông số có tác động tới năng suất và chất lượng sản
phẩm, các thí nghiệm được tiến hành thể hiện ở dưới bảng sau:
Bảng 5: Tỷ lệ rắn/ lỏng tối ưu
Khối lượng bọt
STT Thể tích nước Khối lượng tro Tỷ lệ R/L
G γ %
1 1000 ml 100 g 10 % 14.60 14.60
22
2 1000 ml 200 g 20 % 43.50 21.50
3 1000 ml 300 g 30 % 79.20 26.40
4 1000 ml 400 g 40 % 67.50 16.87
5 1000 ml 500 g 50 % 45.60 9.10
Biểu đồ kết quả tỷ lệ rắn/lỏng:
0,00
10,00
20,00
30,00
40,00
50,00
60,00
70,00
80,00
90,00
0,00 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00
tỷ lệ R/L%
khối lượng %

Từ kết quả nghiên cứu ở bảng 5 cho thấy khi tỷ lệ rắn/lỏng tăng thì khối
lượng bọt thu được cũng tăng, đạt mức độ cao nhất ở tỷ lệ rắn/lỏng là 30%, khi
tăng lên lớn hơn 30% thì khối lượng bọt thu được lại giảm đi.

2.3 Xác định chế độ thuốc tập hợp tối ưu
Trong công nghệ tuyển n
ổi xỉ than thuốc tập hợp thường xử dụng là hợp
chất dầu hỏa, dầu diezen hoặc là hỗn hợp cả hai loại. trong các thí nghiệm thuốc
tập hợp xử dụng dầu diezen với các chi phí khác nhau nhằm xác định chế độ tối
ưu cho quá trình tuyển.
Kết quả các thí nghiệm được thể hiện ở bảng sau:
Bảng 6: Tỷ lệ thuốc tối ưu [% KL]
Sản phẩm bọt (g)
STT Chí phí thuốc
tập hợp (g)
Khối lượng
tro (g)
Tỷ lệ R/L Thời gian
tuyển (phút)
G γ %
1 1000 g/tấn 300 30% 7 41,70 13,90
2 1500 g/tấn 300 30% 7 56,16 18,72
3 2000 g/tấn 300 30% 7 81,90 27,30
23
4 2500 g/tấn 300 30% 7 52,38 17,46
5 3000 g/tấn 300 30% 7 39,63 13,21



Kết quả chế độ thuốc tập hợp tối ưu:
0.00
5.00
10.00
15.00

20.00
25.00
30.00
0.00 5.00 10.00 15.00 20.00 25.00 30.00 35.00
Chi phí thuốc g/tấn
% sản phẩm bọ
t

Kết quả thí nghiệm ở bảng 06 cho ta thấy tỷ lệ thuốc tập hợp tối ưu cho
quá trình tuyển là 2000g/tẩn tro bay.
2.4 Kết luận
Do tro xỉ nhà máy nhiệt điện Cao ngạn xuất phát từ loại than lửa dài ở mỏ
Khánh Hòa và Núi Hồng có hàm lượng lưu huỳnh và sắt cao nên quá trình tuyển
nổi nhận được sản phẩm kém chất lượng so với quá trình tuyển nổi than antraxit.
Sản phẩm tro nh
ận được sau tuyển nổi có mầu nâu của sắt và hàm lượng lưu
huỳnh cao. Sản phẩm than nhận được sau quá trình tuyển không có mầu đặc
trưng của than là mầu đen.
2.5 Triển khai tuyển tro bay
Sơ đồ thiết bị:

FO 80% Dầu thông, 20% dầu FO


Bọt than

24
Tro

3m Máy tuyển nổi 4 ngăn 600l/cái

Dựa trên kết quả thí nghiệm nghiên cứu trong phòng nhóm thực hiện đề
tài đã tiến hành triển khai tuyển 500kg tro bay với các thông số như sau:
Tỷ lệ Rắn/Lỏng : 30%, Thuốc tạo bọt 1kg/tấn, Thuốc tập hợp 1,5 kg/tấn
Tro bay được hòa vào bể khuấy với thể tích là 9 m
3
với tỷ lệ rắn/lỏng là
30% sau đó được khuấy đều trong khoảng thời gian 7 – 10 phút, trong qúa trình
khuấy bổ xung dầu FO với lượng là 80% khối lượng tổng dầu FO cần bổ xung
Tro bay sau khi được khuấy đều trong bể khuấy chúng được chuyển sang
máy tuyển qua hệ thống van, tại máy tuyển nổi 4 ngăn thì 20% lượng dầu FO
được bổ xung tiếp và bổ xung lượng dầu thông thực hiện quá trình tuyển nổ
i.
Qua máy tuyển nổi 4 ngăn ta thu được phần trên là bọt than và phần dưới đáy là
tro bay.
Sau khi được bọt than và tro bay chúng được để làm khô tự nhiên tới độ
ẩm < 20% (Kết quả phân tích thành phần hóa của tro bay sau tuyển được thể
hiện phục lục)
2.6 Thử nghiệm tro bay vào trong sản xuất bê tông
Nhóm thực hiện đề tài thử nghiệm tro bay sau khi tuyển vào trong bê tông
cấp phối vật liệu cho 1m
3
bê tông, khi dùng xi măng PCB 30 tại các công ty xi
măng như sau:
Bảng 7: Tỷ lệ cấp phối bê tông
Mác bê tông Xi măng (kg) cát (m
3
) Đá (m
3
) nước sạch (lít)
150 288,025 0,505 0,913 185

200 350,550 0,481 0,900 185
250 415,125 0,455 0,887 185
Kích thước mẫu được tạo hình 15x15x15cm Thực hiện thử mẫu tro bay
sau khi tuyển vào trong mác bê tông 150 với các bài phối liệu với tỷ lệ thay thế
xi măng bằng tro bay lần lượt là 10, 15, 20, 25%.
Bảng 8: Tỷ lệ cấp phối thí nghiệm
STT Tro bay (kg) Xi măng (kg) cát (m
3
) Đá (m
3
) nước sạch (lít)
25
1 0 288,00 0,505 0,913 185
2 30 260,00 0,505 0,913 197
3 43,2 244,80 0,505 0,913 217
4 57,6 230,4 0,505 0,913 231
5 72 216 0,505 0,913 242
Mẫu được tạo hình với kích thước 15x15x15 cm và so sánh với mẫu
chuẩn khi sử dụng chất kết dính xi măng (100%), kiểm tra cường độ chịu nén
của mẫu sau 28 ngày.
Bảng 9: Kết quả kiểm tra cường độ mẫu
STT KT mặt chịu nén (cm) Cường độ nén kG/cm
2

1 15x15 148
2 15x15 142
3 15x15 135
4 15x15 130
5 15x15 125
Qua bảng xác định cường độ của bê tông trên nhóm đề tài rút ra được

nhận sét sau:
Khi hàm lượng tro bay thay thế xi măng tăng thì lượng nước tiêu chuẩn
của xi măng tăng. Do thành phần của tro bay có cỡ hạt rất mịn nên tổng diện tích
bề mặt lớn, nhu cầu nước tăng. Mặt khác, khi tăng tro thì hàm lượng CaSO
4

trong hỗn hợp cũng tăng, một phần thạch cao chưa được no nước hoàn toàn cần
nước để hydrat.
Chất lượng bê tông khi thay thế một phần xi măng bằng tro bay có cường
độ giảm so với khi không thay thế, do tro bay sau khi tuyển vẫn có hàm lượng
mất khi nung cao, hàm lượng CaSO
4
lớn (trên 20%), lượng CaO tự do lớn.
Vì vậy nhóm đề tài thực hiện ứng dụng trực tiếp tro bay của nhiệt điện
Cao Ngạn vào sản phẩm gạch không nung không qua khâu tuyển.
Định hướng nghiên cứu nghiên cứu triển khai sản xuất gạch không nung
Đề tài nghiên cứu theo 2 hướng là chế tạo gạch block không nung sử dụng
phương pháp dưỡng ẩm tự nhiên và phương pháp hấp.