nghiên cứu tái sử dụng chất thải làm nhiên liệu thay thế trong sản xuất xi măng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP.HCM
KHOA MÔI TRƯỜNG VÀ CÔNG NGHỆ SINH HỌC



ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGHIÊN CỨU TÁI SỬ DỤNG CHẤT THẢI LÀM NHIÊN LIỆU THAY
THẾ TRONG SẢN XUẤT XI MĂNG
Ngành
: MÔI TRƯỜNG
Chuyên ngành : KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG

Giảng viên hướng dẫn: Th.S: Lâm Vĩnh Sơn
Sinh viên thực hiện:

Lương Thiện Tùng

MSSV: 1191080120

Lớp: 11HMT01

TP.Hồ Chí Minh, tháng 03/2013


LỜI CẢM ƠN
Đầu tiên, em xin chân thành cảm ơn tới các Thầy, Cô trong khoa Môi Trường
và Công Nghệ Sinh Học của trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghệ TP.Hồ Chí
Minh đã tận tình giảng dạy, truyền đạt những kiến thức, kinh nghiệm quý báo
cho em trong thời gian học tập tại trường để em có một nền tảng có thể hồn
thành tốt khóa luận tốt nghiệp hơm nay.

Để hoàn thành Đồ án tốt nghiệp này xin giử lời tri ân chân thành đến thầy Lâm
Vĩnh Sơn, là người đã tận tình hướng dẫn cho em trong suốt quá trình thực hiện
đề tài.
Đồ án này cịn nhiều thiếu sót, do kiến thức khơng nhiều và thời gian cịn hạn
chế, kính mong được sự góp ý của q Thầy, Cơ, cùng bạn đọc chỉ dẫn thêm để
Đồ án được hoàn thiện hơn.
Xin trân trọng giử lời cám ơn tới gia đình, bạn bè những người ln giúp đỡ và
góp ý kiến giúp em trong quá trình thực hiện Đồ án tốt nghiệp.
Cuối cùng, em xin chúc toàn thể các Thầy, Cơ, gia đình và bạn bè sức khỏe,
thành cơng và hạnh phúc.
.

TP.HCM, tháng 03 năm 2013
(Sinh viên thực hiện)
Lương Thiện Tùng


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan kết quả Đồ án là kết quả nghiên cứu của riêng tôi dưới sự
hướng dẫn của Thạc sĩ Lâm Vĩnh Sơn . Những kết số liệu và kết quả trong đồ án
là trung thực, được thực hiên trên cơ sở nghiên cứu lý thuyết,khảo sát tình hình
thực tiễn và thử nghiệm thực tiển tại phịng thí nghiệm .
Nội dung Đồ án có tham khảo và sử dụng các tài liệu, thông tin được tải trên các
tác phẩm, tạp chí và các trang web theo danh mục tài liệu của Đồ án.


ĐỐ ÁN TỐT NGHIỆP

CHƯƠNG I : MỞ ĐẦU

1.1. Đặt vấn đề
1.1.1 Nguồn nhiên liệu hóa thạch ngày cạn kiệt và tác hại của việc sử
dụng quá mức đến môi trường .
Nhiên liệu hóa thạch là các loại nhiên liệu được tạo thành bởi q trình phân
hủy kỵ khí của các sinh vật chết bị chôn vùi cách đây hơn 300 triệu năm.Các
nguyên liệu này chứa hàm lượng cacbon và hydrocacbon cao.
Các nhiên liệu hóa thạch thay đổi trong dải từ chất dễ bay hơi với tỷ số
cacbon:hydro thấp như methane, dầu hỏa dạng lỏng, đến các chất không bay
hơi chứa tồn là cacbon như than đá. Methane có thể được tìm thấy trong các
mỏ hydrocacbon ở dạng riêng lẻ hay đi cùng với dầu hỏa hoặc ở dạng
methane clathrates. Về tổng qt chúng được hình thành từ các phần cịn lại
của thực vật và động vật bị hóa thạch. khi chịu áp suất và nhiệt độ bên trong
vỏ Trái Đất hàng triệu năm. Học thuyết phát sinh sinh vật được Georg
Agricola đưa ra đầu tiên vào năm 1556 và sau đó là Mikhail Lomonosov vào
thế kỷ 18.
Cơ quan thơng tin năng lượng Hoa Kỳ (EIA) ước tính năm 2006 rằng
nguồn năng lượng nguyên thủy bao gồm 36,8% dầu mỏ, than 26,6%, khí thiên
nhiên 22,9%, chiếm 86% nhiên liệu nguyên thủy sản xuất trên thế giới. Các
nguồn nhiên liệu khơng hóa thạch bao gồm thủy điện 6,3%, năng lượng hạt
nhân 6,0%, và năng lượng địa nhiệt, năng lượng mặt trời, năng lượng gió,
nhiên liệu gỗ, tái chế chất thải chiếm 0,9%.Tiêu thụ năng lượng trên thế giới
tăng mỗi năm khoảng 2,3%.
Than là loại nhiên liệu được sử dụng phổ biến trong các lị gạch cơng
nghiệp. Than hay các loại nhiên liệu rắn khác có những đặc tính cần thiết để
có thể phân biệt thành các loại than tốt, than xấu, than dễ cháy, khó cháy, có
1


ĐỐ ÁN TỐT NGHIỆP

nhiệt lượng cao, nhiệt lượng thấp v.v. Để có thể hiểu được đặc điểm của than
ta có các đặc tính sau
Thành phần hố học của than: Trong than, các nguyên tố cấu thành bao
gồm các thành phần sau: Cacbon. Cacbon là thành phần cháy chủ yếu trong
nhiên liệu rắn, nhiệt lượng phát ra khi cháy của 1 kg cacbon gọi là nhiệt trị
của cacbon, khoảng 34.150 kj/kg. Vì vậy lượng cacbon trong nhiên liệu càng
nhiều thì nhiệt trị của nhiên liệu càng cao. Tuổi hình thành nhiên liệu càng già
thì thành phần cacbon càng cao, song khi ấy độ liên kết của than càng lớn nên
than càng khó cháy Hyđrơ. Hydro là thành phần cháy quan trọng của nhiên
liệu rắn, khi cháy toả ra nhiệt lượng 144.500 kj/kg. Nhưng lượng hyđrơ có
trong thiên nhiên rất ít. Trong nhiên liệu lỏng hyđrơ có nhiều hơn trong nhiên
liệu rắn.
Các nhiên liệu hóa thạch là tài ngun khơng tái tạo bởi vì trái đất mất
hàng triệu năm để tạo ra chúng và lượng tiêu thụ đang diễn ra nhanh hơn tốc
độ được tạo thành. Sản lượng và tiêu thụ nhiên liệu hóa thạch làm tăng các
mối quan tâm về mơi trường. Thế giới đang hướng tới sử dụng các nguồn
năng lượng tái tạo là một trong những cách giúp giải quyết vấn đề tăng nhu
cầu năng lượng.
Việc đốt nhiên liệu hóa thạch tạo ra khoảng 21,3 tỉ tấn carbon dioxide
hàng năm, nhưng người ta ước tính rằng các q trình tự nhiên có thể hấp thu
phân nửa lượng khí thải trên, vì vậy hàm lượng cacbon dioxit sẽ tăng 10,65 tỉ
tấn mỗi năm trong khí quyển (một tấn cacbon tương đương 44/12 hay 3,7 tấn
cacbon đioxit). Cacbon đioxit là một trong những khí nhà kính làm tăng lực
phóng xạ và góp phần vào sự nóng lên tồn cầu, làm cho nhiệt độ trung bình
bề mặt của Trái Đất tăng.

2


ĐỐ ÁN TỐT NGHIỆP

 Tác hại môi trường :
Ở Hoa Kỳ, có hơn 90% lượng khí nhà kính thải vào mơi trường từ việc đốt
nhiên liệu hóa thạch. Đốt nhiên liệu hóa thạch cũng tạo ra các chất ơ nhiễm
khơng khí khác như các ơxít nitơ, điơxít lưu huỳnh, hợp chất hữu cơ dễ bay
hơi và các kim loại nặng.
Theo Bộ Môi trường Canada: "Ngành điện là duy nhất trong số những
ngành cơng nghiệp trong đóng góp rất lớn của nó vào các phát thải liên quan
đến hầu hết các vấn đề về khơng khí. Sản xuất điện thải ra một lượng lớn các
ơxít nitơ và điơxít lưu huỳnh tại Canada, tạo ra sương mù và mưa axít và hình
thành vật chất hạt mịn. Nó là nguồn thải thủy ngân cơng nghiệp lớn nhất
khơng thể kiểm sốt được tại Canada. Các nhà máy phát điện sử dụng nhiên
liệu hóa thạch cũng phát thải vào mơi trường điơxít cacbon, một trong những
chất tham gia vào q trình biến đổi khí hậu. Thêm vào đó, ngành này có
những tác động quan trọng đến nước, mơi trường sống và các lồi. Cụ thể, các
đập nước và các đường truyền tải cũng tác động đáng kể đến nước và đa dạng
sinh học.
Về thuật ngữ kinh tế, ơ nhiễm từ nhiên liệu hóa thạch được xem là một yếu
tố bên ngoài tiêu cực. Thuế là cách áp dụng một chiều để thực hiện chi phí xã
hội một cách rõ ràng hay nói cách khác là chi phí ơ nhiễm. Mục đích này làm
cho giá nhiên liệu tăng cao để làm giảm nhu cầu sử dụng tức giảm lượng chất
gây ô nhiễm và đồng thời tăng quỹ để phục hồi môi trường.
1.1.2. Hiện trạng phát thải CO 2 và tác hại của sự phát thải này .
Trong khoảng vài chục năm gần đây, biến đổi khí hậu đã ảnh hưởng
nghiêm trọng đến mọi quốc gia, gây ra những hậu quả nặng nề. Nguyên nhân
của hiện tượng này là gì. Chúng ta sẽ tìm hiểu vấn đề xung quanh hiện tượng
biến đổi khí hậu, mà trước hết là một số khái niệm: Sự ấm lên toàn cầu và

3

ĐỐ ÁN TỐT NGHIỆP

phát thải khí CO 2 . Các nhà khoa học phân tích những nguyên nhân làm tăng
CO 2 trong khí quyển như sau:
 Chu trình cacbon
Các nhà khoa học tính tốn rằng, khoảng 4,5 tỷ năm trước đây, khi trái đất
bắt đầu hình thành, CO 2 có thể chiếm đến 80% trong khí quyển. Nhưng cách
đây 2 tỷ năm, lượng CO 2 chỉ còn khoảng 20-30%. Trong khí quyển cịn nhiều
CO 2 nên sự sống vẫn tồn tại. Cây cối quang hợp rất mạnh làm cho nồng độ
CO 2 giảm xuống và lượng oxy trong khí quyển tăng lên.
Quá trình quang hợp tạo ra phản ứng: CO 2 + H2 O + năng lượng mặt trời 
O 2 + Đường.
Cây cối cũng như động vật khi hít thở tạo ra phản ứng: Đường + O 2  CO 2 +
H2 O + Năng lượng.
Ngoài ra, khi cây cối và động vật chết, xác chết bị phân huỷ làm cho CO 2
thoát ra. Lượng CO 2 ra khỏi khí quyển hàng năm được cân bằng với lượng
CO 2 sinh ra do thở và do phân hủy. Nhờ cơ chế này mà môi trường được ổn
định
Khi cây cối chết, chúng thải CO 2 ra, đó là q trình bình thường của chu
trình cacbon. Nhưng khi cây cối bị đốn chặt để làm chất đốt thì CO2 thải ra
khơng khí nhiều hơn, vì thế tốc độ thải CO 2 càng gia tăng khi con người gia
tăng việc đốn hạ cây xanh làm chất đốt. Nếu cây cối bị đốn hạ để làm vật liệu
xây dựng, nhà cửa... mà không đốt thì CO 2 khơng phát thải nhiều, nhưng do
thiếu cây xanh nên sự hấp thụ CO 2 trong khơng khí giảm đi và lượng CO 2
tăng lên. Theo thống kê của Liên hợp quốc, việc phá rừng mạnh trong 2 thập
kỷ 80 và 90 (thế kỷ XX) đã làm cho lượng CO 2 trong khơng khí tăng lên,
đồng thời lượng oxy trong khơng khí giảm đi rõ rệt.

4

ĐỐ ÁN TỐT NGHIỆP

 Sự ấm lên toàn cầu
Các nhà khoa học lý giải rằng, do có nhiều phát thải khí CO 2 nên đại
dương mới ấm lên. Nhưng có rất nhiều CO 2 bị giam giữ trong nguồn nước
trên bề mặt đại dương và khi nhiệt độ đại dương tăng lên thì xảy ra hiện tượng
giải phóng nhiều CO 2 bị giam giữ đó (vì độ hồ tan của CO 2 trong nước biển
tỷ lệ nghịch với nhiệt độ). Như vậy, khi trái đất ấm lên, lượng CO 2 trong nước
ở đại dương giảm đi còn lượng CO 2 trong khơng khí trên mặt nước lại tăng
lên.
Tóm lại, có nhiều nguyên nhân làm cho lượng CO 2 trong không khí tăng
lên. Có thể phân biệt được CO 2 tăng lên trong khí quyển là từ nguồn gốc nào
nhờ cách đo đồng vị phóng xạ. Cacbon có 3 đồng vị: C-12, C-13 và C-14. C12 có 6 nơtron và 6 proton, là đồng vị cacbon bền vững nhất, còn C-13 có 7
nơtron, C-14 có 8 nơtron. Khi đo tỷ lệ đồng vị cacbon trong CO 2 có thể xác
định được nguồn gốc của nó. Qua theo dõi, người ta biết được việc dùng xăng
dầu, đốt than cho các nhà máy hoạt động phát thải nhiều khí CO 2 nhất hiện
nay.

 CO 2 và hiệu ứng nhà kính
Hiệu ứng nhà kính do Jean Baptiste Joseph Fourier (người Pháp) lần đầu
tiên đặt tên. Khái niệm này dùng để chỉ hiệu ứng xảy ra khi năng lượng bức
xạ của tia nắng mặt trời xuyên qua cửa sổ (hoặc mái nhà bằng kính) một cách
dễ dàng nhưng khi các vật thể trong nhà do hấp thụ bức xạ mặt trời nóng lên
thì lại sản xuất ra tia hồng ngoại (mà tia hồng ngoại lại khó xun qua kính để
ra ngồi). Vì vậy, nhiệt như bị “nhốt” lại ở phía trong khiến cho nhà bị nóng
lên.
Các bức xạ của mặt trời đi qua lớp khí quyển đến mặt đất cũng tương tự
như vậy. Các bước sóng ngắn xun qua khí quyển tương đối dễ dàng đi

xuống mặt đất làm nóng những vật thể hấp thụ ánh sáng mặt trời trên mặt đất.

5


ĐỐ ÁN TỐT NGHIỆP

Khi nóng lên, các vật thể này lại bức xạ nhưng vì nhiệt độ thấp nên bước sóng
của các tia bức xạ này dài, vào cỡ tia hồng ngoại. Khi bức xạ hồng ngoại đi
vào khí quyển, nếu trong khí quyển có CO2 thì các phân tử CO 2 hấp thụ hồng
ngoại rất mạnh (do cấu tạo của phân tử CO 2, tia hồng ngoại kích thích mạnh
các dao động nguyên tử trong phân tử CO 2 ). Vì vậy, tia hồng ngoại (tức là
sức nóng) khơng thốt ra khỏi khí quyển được mà bị nhốt lại, khiến trái đất
nóng lên. Như vậy, các phân tử khí CO 2 trong khí quyển có tác dụng như là
lớp kính ở hiệu ứng nhà kính. Trong khí quyển khơng phải chỉ có CO2 gây ra
hiệu ứng nhà kính mà còn nhiều loại nữa như hơi nước, mê tan, CFC... Tuy
nhiên, nếu phát thải ra quá nhiều thì hiệu ứng nhà kính do CO 2 gây ra khá
lớn, ảnh hưởng mạnh đến sự tăng nhiệt độ trái đất, tức là làm cho nhiệt độ
tồn cầu tăng lên. Do đó, muốn giảm thiểu sự ấm lên của toàn cầu cần làm
giảm phát thải CO 2 .
1.1.3. Tình hình ơ nhiễm chất thải rắn đặc biệt là chất thải nguy hại .
Chất thải công nghiệp đặc biệt là chất thải nguy hại đã được nhiều nước
trên thế giới quan tâm nghiên cứu từ lâu vì chất thải nguy hại ảnh hưởng đến
mơi trường và sức khỏe con người. Quản lý chất thải nguy hại là một vấn đề
tương đối mới mẻ và đang khá bức xúc trong công tác bảo vệ môi trường tại
Việt Nam hiện nay. Cùng với q trình cơng nghiệp hoá, hiện đại hoá mạnh
mẻ của nước ta, lượng chất thải cũng liên tục gia tăng, tạo sức ép rất lớn đối
với công tác bảo vệ môi trường. Lượng phát thải lớn, là nguy cơ gây ô nhiễm
môi trường nghiêm trọng. Hơn nữa, sự phát sinh chất thải nguy hại ở Việt
Nam rất đa dạng về nguồn cũng như chủng loại trong khi cơng tác phân loại

tại nguồn cịn kém càng dẫn đến khó khăn cho cơng tác quản lý và xử lý.
Trước sự gia tăng nhanh chóng của chất thải nguy hại, công tác quản lý, xử lý
hiện nay chưa đáp ứng được yêu cầu về bảo vệ môi trường. Thực tế cho thấy,
việc quản lý và xử lý chất thải khơng an tồn, đặc biệt là các loại chất thải

6


ĐỐ ÁN TỐT NGHIỆP

nguy hại, đã để lại những hậu quả nặng nề về môi trường, gây ảnh hưởng tiêu
cực đến sức khỏe cộng đồng như các điểm tồn lưu hóa chất, thuốc bảo vệ thực
vật, các bãi rác khơng hợp vệ sinh, các bãi đổ chất thải của các nhà máy sản
xuất .Vì vậy, quản lý và xử lý an toàn chất thải, đặc biệt là chất thải nguy hại
nhằm giảm thiểu nguy cơ ô nhiễm môi trường và hạn chế các tác động xấu tới
sức khỏe con người là một trong những vấn đề cấp bách trong công tác bảo vệ
môi trường ở nước ta trong giai đoạn hiện nay.
Với tốc độ phát triển kinh tế mạnh và nền công nghiệp là chủ đạo để phục
vụ cho quá trình cơng nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước thì chắc chắn q
trình hoạt động sản xuất cơng nghiệp sẽ tạo ra chất thải và việc quản lý chất
thải đặc biệt là chất thải nguy hại. Chất thải có thể là dầu cặn, sơn thải, thuốc
bảo vệ thực vật hết hạn, hóa chất thải,... hoặc vật liệu bị ơ nhiễm từ q trình
sản xuất. Nó cũng có thể là các sản phẩm hết hạn hoặc các sản phẩm lỗi, vật
liệu thừa sau khi kết thúc một đợt sản xuất. Dù ở dạng lỏng, rắn hoặc khí thì
việc xử lý chất thải có trách nhiệm ln là điều cần thiết. Vì vậy chúng ta phải
có biện pháp quản lý chất thải để giảm thiểu tới mức thấp nhất có thể đến môi
trường sống của chúng ta.
Tháp quản lý chất thải mong muốn.
Đây là một cách xếp loại các biện pháp xử lý chất thải rắn nói chung và xử
lý chất thải cơng nghiệp khơng nguy hại và nguy hại nói riêng. theo từng cấp

độ, từ hình thức lý tưởng nhất khơng tạo ra hoặc tạo ra rất ít chất thải đến hình
thức xử lý chất thải “tệ hại nhất” hồn tồn khơng kiểm sốt ở phần dưới
hình.

7


ĐỐ ÁN TỐT NGHIỆP

Hình 1.1: Sơ đồ tháp quản lý chất thải rắn.
Các biện pháp này thường được phân chia như sau:
Cấp độ 1 :Ngăn ngừa chất thải thải : là cấp độ lý tưởng nhất nhằm ngăn
ngừa chất thải, là cách tốt và lý tưởng nhất nhưng chúng ta ( nước đang phát
triển) khơng thể thực hiện được vì bất cứ quy trình sản xuất này dù tối ưu đến
đâu cũng phát sinh ra chất thải và ở cấp độ một này không thể thực hiện được
trừ khi chúng ta không hoạt động sản xuất hoặc như di dời cơ sở sản xuất ra
khởi lảnh thổ Việt Nam như những nước phát triển khác đã làm nhằm bảo vệ
môi trường cho nước họ .
Cấp độ 2: Giảm thiểu chất thải : là khả thi có thể thực hiện được nhằm giảm
thiểu tới mức thấp nhất có thể sự sinh ra chất thải bằng cách tối ưu hóa quy

8


ĐỐ ÁN TỐT NGHIỆP

trình sản xuất (sản xuất sạch hơn và hướng tới khơng phát thải) đồng thời nó
cũng mang lại hiệu quả kinh tế cao cho doanh nghiệp vì tiết kiệm được
nguyên nhiên liệu và nâng cao nâng suất .
Cấp độ 3: Tái sử dụng hoặc tái chế: biện pháp này được xếp ở vị trí cao hơn

đồng xử lý bởi vì thường tái sử dụng các nguyên liệu thô. Tái chế hiệu quả sẽ
làm giảm tiêu thụ, và nhờ đó giúp bảo tồn các nguồn ngun liệu thơ thiên
nhiên. Biện pháp này giúp giảm thiểu mức năng lượng sử dụng và tránh được
các nguy cơ ô nhiễm đất và nguốn nước ngầm vì chơn lấp. Các cơng ty có thể
gia tăng uy tín thơng qua việc sử dụng tài ngun hiệu quả, cộng đồng có
được cơng ăn việc làm trong ngành công nghiệp tái chế và môi trường bớt ô
nhiễm. Nhưng đối với chất thải nguy hại như Thuốc bảo vệ thực vật, sơn thải
,dầu thải, bùn thải từ hệ thống xử lý nước….v v.. Nếu quy trình tái chế hoặc
tái sử dụng khơng đúng cách thì có thể gây ảnh hưởng xấu tới môi trường .
Cấp độ 4: Đồng Xử lý: là cấp độ nằm ở giữa tháp quản lý chất thải. Ở cấp
độ này chất thải sẽ được tận dụng làm nguyên liệu hoặc có thể là nhiên liệu
cho một ngày khác chứ không phát thải ra môi trường .
Cấp độ 5: Thiêu Hủy: là biện pháp dùng nhiệt để thiêu hủy chất thải nói
chung và chất thải nguy hại nói riêng. Phương pháp này địi hỏi trình độ kỹ
thuật cao vì phải dùng nhiệt đơ rất cao và quy trình xử lý khí thải triệt để
.Nếu thời gian các chất thải lưu trong lị đó không đủ lâu và nhiệt độ không đủ
cao để phân hủy các hợp chất dioxin thì các hợp chất này sẽ phát thải gây ô
nhiễm môi trường đồng thời phần tro cịn lại nếu khơng được xử lý triệt để
thì cũng gây ô nhiễm môi trường như thường .
Cấp độ 6: Xử lý hóa học và Vật Lý: là phương pháp dùng tác nhân vật lý
hay hóa học chuyển chất thải từ dạng có thể gây hại cho mơi trường về dạng ít
hoặc khơng gây hại cho mơi trường .Ví dụ như Bê tơng hóa các chất thải
nhiễm kim loại ….

9


ĐỐ ÁN TỐT NGHIỆP

Cấp độ 7: Chôn lấp: Biện pháp chôn lấp xếp cuối cùng, tuy nhiên đây lại

là biện pháp rất phổ biến. Có gì khơng ổn ở đây. Khi chơn lấp, chất thải
khơng bị tiêu hủy, q trình phân hủy tạo ra khí mê tan (CH4 ), khí gây hiệu
ứng nhà kính với nồng độ cao gấp nhiều lần so với khí carbon dioxit (CO 2 ).
Khu vực chôn lấp nếu không được xây dựng và quản lý thích đáng về lâu dài
sẽ gây ơ nhiễm cho đất đai và nước ngầm tại khu vực đó, đe dọa đến sức khỏe
con người và hệ sinh thái .
1.1.4. Ngành cơng nghiệp Xi Măng đang gặp nhiều khó khăn .
Ngành Xi măng đã trở thành ngành kinh tế then chốt, góp phần vào cơng
cuộc xây dựng cơ sở hạ tầng, thúc đẩy sự nghiệp cơng nghiệp hóa, hiện đại
hóa đất nước. Tuy nhiên trong thời gian gần ngành Xi măng phải đối mặt với
nhiều khó khăn do ảnh hưởng cuộc suy thối kinh tế. Ngành địa ốc bị đóng
băng, cộng với việc nguồn cung trên thị trường quá nhiều, điều này đã trở
thành một thách thức sống còn cuả các cơng ty xi Măng. Nhiều cơng ty nhỏ
đã phải đóng cửa nhà máy.
Các công ty cỏn lại phải tối ưu hóa quy trình sản xuất nhằm giãm chi phí
sản xuất để tồn tại và cạnh tranh trong gia đoạn khó khăn này. Công nghệ sản
xuất xi măng hiện nay sử dụng nguồn năng lượng chính là than và điện. Đá
vơi, đất sét sau khi đập, sấy và nghiền sơ bộ được chuyển vào lò nung clinker
ở nhiệt độ 1.450o C. Nung clinker là khâu quan trọng và củng là khâu tốn
nhiều năng lượng nhất trong sản xuất Xi Măng. Muốn giãm chi phi sản xuất
thì khâu này có thể thực hiện được nếu chúng ta tìm đươc nguồn nhiên liệu
khác rẻ tiền hơn hoặc tận dụng chất thải của ngành khác có nhiệt lượng tương
đương với than.

10


ĐỐ ÁN TỐT NGHIỆP

1.2. Tính cấp bách của đề tài.

Làm thế nào để giảm chi phí về năng lượng trong quá trình sản xuất Xi
Măng, giảm tiêu thụ nhiên liệu hóa thạch, giảm phát thải khí CO 2 và xử lý
được chất thải công nghiệp. Một giải pháp cho 4 vấn đề trên đó cũng chính là
tính cấp bách của đề tài nghiên cứu này .
1.3. Mục tiêu và phạm vi đề tài .
Mục tiêu của đề tài nghiên cứu này là tìm nghiệm số thích hợp cho việc
tái sử dụng chất thải làm nhiên liệu thay thế than trong quá trình nung luyện
xi măng.
Phạm vi của đề tài nghiên cứu là so sánh nhiệt lượng của chất thải với
Than và đảm bảo việc sử dụng nguồn nhiên liệu thay thế than từ chất thải
công nghiệp không ảnh hưởng đến chất lượng Xi Măng chứ khơng thiết kế lị
nung Xi măng mới.
1.4. Phương pháp nghiên cứu .
1.4.1. Phương pháp luận .
Nguồn nhiên liệu hóa thạch ngày một cạn kiệt, việc sử dụng khơng kiễm
sốt nguồn ngun liệu này sẽ gây tác hại đến môi trường sinh thái và ảnh
hưởng đến nguồn năng lượng cho thế hệ tương lai .
Chất thải công nghiệp đặc biệt là chất thải nguy hại đang là một gánh nặng
cho môi trường nếu chúng ta không có biện pháp kiễm sốt và xử lý tốt .
Lị nung xi măng có mơi trường kiềm cao, nhiệt độ rất cao (14500C), kín và
thời gian lưu cháy trong lị là rất lâu nên có thể phân hủy hồn tồn các chất
hữu cơ khó phân hủy .
Các loại chất thải cơng nghiệp một số có giá trị nhiệt lượng cao vì vậy
chúng ta có thể tái sử dụng chúng làm nhiên liệu thay thế than trong sản xuất
xi măng.

11

ĐỐ ÁN TỐT NGHIỆP

1.4.2. Phương pháp cụ thể .
Phương pháp phân tích nhiệt lượng, so sánh nhiệt lượng của than và hỗn
hợp 15 loại chất thải và tìm ra nghiệm số thay thế than bằng chất thải .
Bên cạnh đó là phương pháp phân tích hóa học để phân tích thành phần và
tính chất của chất thải đảm bảo rằng việc tái sử dụng chất thải làm nhiên liệu
thay thế than không ảnh hưởng đến chất lượng xi măng cũng như không ảnh
hưởng đến môi trường .

12


ĐỐ ÁN TỐT NGHIỆP

CHƯƠNG II: TỔNG QUAN VÀ QUY TRÌNH SẢN XUẤT XI MĂNG
2.1. Lịch sử của thuật ngữ Xi Măng .
Xi măng (từ tiếng Pháp: ciment) là chất kết dính thủy lực được tạo thành
bằng cách nghiền mịn clinker, thạch cao thiên nhiên và phụ gia. Khi tiếp xúc
với nước thì 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, hồ xi măng
bắt đầu q trình ninh kết sau đó là q trình hóa cứng để cuối cùng nhận
được một dạng vật liệu có cường độ và độ ổn định nhất định.
Vì tính chất kết dính khi tác dụng với nước, xi măng được xếp vào loại chất
kết dính thủy lực. Thật ra xi măng trong xây dựng có thể là thủy lực hoặc
không thủy lực. Các loại xi măng thủy lực tỉ như xi măng Portland cứng lại
dưới tác động của nước do q trình hydrat hóa khống vật, ở đây các phản
ứng hóa học diễn ra khơng phụ thuộc vào lượng nước trong hỗn hợp nước-xi
măng; loại xi măng này có thể giử được độ cứng khi đặt chìm trong nước
hoặc thường xuyên tiếp xúc với nước. Phản ứng hóa học xảy ra khi các xi

măng khan được trộn với nước và sinh ra các hydrat không tan trong nước.
Trong khi đó các xi mang khơng thủy lực như vữa thạch cao buộc phải để khô
mới giữ được độ bền vật lý.
Đá xi măng là sản phẩm của q trình thủy hóa xi măng đã đạt tới một
cường độ nhất định.
Công dụng quan trọng nhất của xi măng chính là sản xuất vữa và bê tơng,
chất kết dính của các kết tủa tự nhiên hoặc nhân tạo để hình thành nên vật liệu
xây dựng vững chắc, chịu được tác động thường thấy của môi trường.
Ở đây, không nên lầm lẫn bê tơng với xi măng, vì xi măng là vật liệu được
dùng để kết dính các vật liệu kết tập của xi măng, cịn bê tơng là sản phẩm
của việc trộn xi măng với các vật liệu kết tập đó.

13


ĐỐ ÁN TỐT NGHIỆP

2.2. Hiện trạng ngành công nghiệp Việt Nam xi măng thời gian gần đây.
Nền kinh tế thế giới trong những năm qua (2000 - 2007) bước vào giai đoạn
phát triển ổn định và có thiên hướng chú ý vào nền kinh tế Châu Á. Tiêu dùng
xi măng trong những năm trở lại đây không ngừng tăng trưởng và là động lực
quan trọng thúc đẩy ngành công nghiệp xi măng phát triển tại một số nước
đang phát triển như: Trung Quốc, Thái Lan, Ấn Độ, Indonesia… (trên thế giới
hiện nay có khoảng hơn 160 nước sản xuất xi măng, tuy nhiên các nước có
ngành cơng nghiệp xi măng chiếm sản lượng lớn của thế giới thuộc về Trung
Quốc, Ấn Độ và một số nước như khu vực Đông Nam Á là Thái Lan và
Indonesia).
Theo dự báo nhu cầu sử dụng xi măng từ nay đến năm 2020: Tăng hàng
năm 3,6% năm nhu cầu sử dụng xi măng có sự chênh lệch lớn giữa các khu
vực trên thế giới: (nhu cầu các nước đang phát triển 4,3% năm, riêng châu Á

bình quân 5%/năm, các nước phát triển xấp xỉ 1%/năm. Ngồi ra tình trạng dư
thừa cơng suất của các nhà máy là phổ biến ở Đông Âu, Đông Nam Á (Thái
Lan, ngược lại ở Bắc Mỹ).
Các nước tiêu thụ lớn xi măng trong những năm qua phải kể đến: Trung
Quốc, Ấn Độ, Mỹ, Nhật bản, Hàn Quốc, Nga, Tây Ban Nha, Italya, Braxin,
Iran, Mê hy cô, Thổ Nhĩ Kỳ, Việt Nam, Ai Cập, Pháp, Đức…..
Xi măng là một trong những ngành cơng nghiệp được hình thành sớm nhất ở
nước ta (cùng với các ngành than, dệt, đường sắt).
Ngày 25/12/1889 khởi công xây dựng nhà máy xi măng đầu tiên của ngành
Xi măng Việt Nam tại Hải Phòng.
Đến nay đã có khoảng 90 Cơng ty, đơn vị tham gia trực tiếp sản xuất và
phục vụ sản xuất xi măng trong cả nước, trong đó: khoảng 33 thành viên
thuộc tổng cơng ty xi măng Việt Nam, 5 công ty liên doanh, và hơn 50 công
ty nhỏ và các trạm nghiền khác.

14


ĐỐ ÁN TỐT NGHIỆP

Tuy nhiên sản lượng xi măng sản xuất trong những năm qua không đáp ứng
được nhu cầu tiêu thụ trong nước:
Trong những năm qua ngành xi măng đóng góp một phần khơng nhỏ vào tốc
độ tăng trưởng kinh tế Việt Nam, trung bình từ 10% - 12% GDP. Vì thế
Chính phủ xác định Xi măng là ngành phát triển chiến lược nhằm hỗ trợ phát
triển kinh tế.

 Các loại sản phẩm chính:
Hiện nay trên sản phẩm xi măng trên thị trường có nhiều loại, tuy nhiên thơng
dụng trên thị trường Việt Nam gồm hai loại sản phẩm chính:

Xi măng Portland chỉ gồm thành phần chính là clinker và phụ gia thạch cao.
Ví dụ: PC 30, PC 40, PC 50.
Xi măng Portland hỗn hợp vẫn với thành phần chính là clinker và thạch cao,
ngồi ra cịn một số thành phần phụ gia khác như đá pudơlan, xỉ lị. Ở thị
trường các loại xi măng này có tên gọi như PCB 30, PCB 40

 Thực trạng hoạt động của ngành công nghiệp xi măng
Năng lực sản xuất và các yếu tổ ảnh hưởng tới sản xuất của doanh nghiệp
trong ngành.
Trong những năm gần đây, một số nhà máy sản xuất xi măng lớn tập trung
nhiều vào thị trường trong nước do thị trường này đang tăng trưởng mạnh mẽ.
Ngành cơng nghiệp xi măng Việt Nam hiện nay đã có khoảng 14 nhà máy xi
măng lị quay với tổng cơng suất thiết kế là 21,5 triệu tấn/năm, 55 cơ sở xi
măng lị đứng, lị quay chuyển đổi tổng cơng suất thiết kế 6 triệu tấn/năm,
khoảng 18 triệu tấn xi măng được sản xuất từ nguồn clinker trong nước (ứng
với 14,41 triệu tấn clinker).
Hầu hết các nhà máy sản xuất xi măng sử dụng phương pháp kỹ thuật khô,
ngoại trừ những nhà máy có lị trộn xi măng đứng với thiết bị và kỹ thuật lạc
hậu, thì những nhà máy cịn lại có năng suất trộn xi măng từ 1,4 triệu đến 2,3

15


ĐỐ ÁN TỐT NGHIỆP

triệu tấn mỗi năm với thiết bị và trình độ kỹ thuật tương đương với nhữn nhà
máy khác ở Đơng Nam Á.
Việt Nam đang có khoảng 31 dự án xi măng lị quay với tổng cơng suất thiết
kế là 39 triệu tấn được phân bổ ở nhiều vùng trên cả nước. (Đa số tập trung ở
miền Bắc, miền Trung và chỉ có 4/31nằm ở miền Nam).

Hiện nay các nhà máy xi măng phân bố không đều giữa các khu vực. Hầu hết
các nhà máy tập trung nhiều tại miền Bắc nơi có vùng nguyên liệu đầu vào
lớn, trong khi đó các nhà máy lớn phía Nam rất hạn chế. Do đó nguồn cung xi
măng ở phía Bắc thì dư thừa trong khi miền Nam lại thiếu hụt.

 Những yếu tố ảnh hưởng tới năng lực sản xuất của doanh nghiệp:
Các DN miền Bắc có vị trí địa lý thuận lợi cho việc khai thác nguyên vật
liệu đầu vào do đó chủ động được về năng lực sản xuất. Doanh nghiệp miền
Nam thì ngược lại.
Giá than đá, thạch cao và clinker những nguyên liệu đầu vào chính dùng
cho sản xuất xi măng vẫn tăng đều qua các năm. Mà những nguyên liệu đầu
vào này Việt Nam phải nhập khẩu với khối lượng rất lớn. Ngoài ra giá gas,
dầu hiện nay biến động ảnh hưởng tới cước phí vận chuyển tăng. Ảnh hưởng
tiêu cực đến sản xuất và kết quả hoạt động của ngành.
Trình độ cơng nghệ của ngành lạc hậu cũ kỹ thừa hưởng của Nga, Pháp,
Trung Quốc những năm 50 của thế kỷ trước vẫn còn được sử dụng. (Khơng
riêng gì VN, Trung Quốc cũng đang lâm vào tình trạng này). Hiện này với các
dự án dây chuyền, nhà máy xi măng lớn đang triển khai hy vọng sẽ thay thế
công nghệ cũ, giúp năng lực sản xuất được tăng lên gấp nhiều lần
Tuy nhiên vốn đầu tư ban đầu vào máy móc thiết bị ngành xi măng là rất
lớn, đó là sức ép đối với các doanh nghiệp sản xuất trong ngành khi muốn gia
tăng công suất, đổi mới công nghệ.

 Thị trường, thị phần và các yếu tố ảnh hưởng:

16


ĐỐ ÁN TỐT NGHIỆP

Hiện nay trên thị trường giá bán xi măng của các doanh nghiệp Miền Bắc
thường thấp hơn giá bán xi măng của các doanh nghiệp Miền Nam khoảng
250.000 đồng/ tấn tùy từng loại dao động xung quanh mức chênh lệch này.
(tính đến cuối tháng 4 đầu tháng 5/2010). Tại sao có mức khác biệt này: như
đã nêu ở trên, các doanh nghiệp phân bố không đều giữa các miền, giá đầu
vào của nguyên vật liệu, cước phí vận chuyển, tổng nhu cầu xi măng tại miền
Nam chiếm tới 40% tổng nhu cầu trong khi các doanh nghiệp miền Nam chỉ
đáp ứng được 50% tổng nhu cầu đó.
Ngồi ra do xi măng là ngành có vị trí quan trọng trong nền kinh tế nên
Chính phủ vẫn nắm quyền kiểm soát giá cả, giá cả bị chặn đầu ra – nhưng giá
nguyên liệu đầu vào không ngừng xu thế tăng lên. Đó là khó khăn rất lớn cho
doanh nghiệp sản xuất trong ngành.
Thị phần tiêu thụ lớn nhất thuộc về Tổng công ty Xi măng Việt Nam chiếm
khoảng 40% toàn thị trường – Thị phần tiêu thụ xi măng trong 04 tháng đầu
năm 2010 con số này là 41,1% . Các doanh nghiệp lớn trong ngành đều thuộc
tổng công ty xi măng Việt Nam như: Hà Tiên1, 2, Xi măng Hồng Thạch, Xi
măng Hải Phịng….hơn 33 đơn vị gồm công ty con, công ty cổ phần - tổng
công ty nắm quyền chi phối, công ty liên doanh liên kết.
Thị phần của các doanh nghiệp xi măng nhỏ chiếm 31% toàn thị trường 04
tháng đầu năm 2010 con số này là 28,9% do vốn nhỏ, khả năng cạnh tranh
kém.
Ngành xi măng và các ngành nguyên vật liệu xây dựng khác sẽ hưởng lợi từ
sự phát triển của lĩnh vực xây dựng, bất động sản và cơ sở hạ tầng.
Triển vọng tăng trưởng hàng năm của nhu cầu xi măng trong giai đoạn 2011
-2016 vào khoảng 9%/năm và giai đoạn 2016 -2020 là 4,5%/năm. Nhu cầu xi
măng được ước lượng sẽ đạt 76 triệu tấn vào năm 2015, hơn gấp 2 lần nhu
cầu năm 2007 đã đạt mức 35,8 triệu tấn

17

ĐỐ ÁN TỐT NGHIỆP

Tuy nhiên theo dự báo hiện nay có rất nhiêu các dự án sắp đi vào giai đoạn
hoạt động. Mặc dù nhu cầu sử dụng lớn, nhưng với công suất dự kiến đến
cuối năm 2009 ngành xi măng không những đáp ứng đủ nhu cầu của thị
trường mà cịn phải tính tới việc xuất khẩu. Buộc các cơng ty trong ngành
phải có hướng đi rõ ràng trong sản xuất kinh doanh, có lộ trình cụ thể nhằm
đạt được những mục tiêu đề ra. Nếu các doanh nghiệp khơng có kế hoạch sớm
lộ trình xuất khẩu sẽ dẫn tới tình trạng “thừa” xi măng – lãng phí trong khai
thác cơng suất máy móc, giảm lợi nhuận kinh doanh.
Một nhân tố ảnh hưởng khác đó là nước ta có vị trí địa lý sát với quốc gia sản
xuất xi măng lớn nhất thế giới Trung Quốc, do đó phải cụ thể hóa thị trường
xuất khẩu khi nhu cầu trong nước đã tạm thời ổn định.
Công nghệ sản xuất hiện tại là cơng nghệ lị đứng và cơng nghệ lị quay. Về
cơ bản quy trình sản xuất giống nhau chỉ khác biệt ở lò nung, lò nung kiểu
đứng lạc hậu hơn lị quay.
2.3. Cơng nghệ sản xuất xi mang lị quay.
Đồ án này nghiên cứu cơng nghệ sản xuất lị quay. Trong một giờ, lò nung
clinker tiêu thụ 300 tấn nguyên liệu thô, công suất 4500 tấn clinker / ngày.

18


ĐỐ ÁN TỐT NGHIỆP

2.3.1. Quy trình sản xuất.

Hình 2.1 : Quy trình sản xuất xi măng lị quay.
Quy trinh sản xuất Xi măng bao gồm 10 gia đoạn :

1.Khai thác đá vôi và đất sét
2. Đồng nhất nguyên liệu sơ bộ
3. Nghiền nguyên liệu ( sàn phẫm là bột sống )
4. Đồng nhất bột sống .
5. Công đoạn nung luyện clinker.
6. Gia đoạn nghiền than .
7. Làm nguội Clinker .

19


ĐỐ ÁN TỐT NGHIỆP

8. Tồn trữ clinker.
9. Nghiền Clinker ( Sàn phẫm là Xi Măng )
10. Tồn trữ, đóng bao và xuất hàng.
2.3.2. Thuyết mình quy trình :
Hệ thống lị nung ngắn, qua tiền nung và tiền canxi hóa nhiều tầng với 5
cyclone được coi là công nghệ tốt nhất hiện nay đối với những nhà máy mới
thông thường. Loại lò này sử dụng 2.900 – 3.200 MJ/tấn clinker
Nguyên liệu cần thiết cho q trình sản xuất Clinker: Đá vơ, đất sét, đá đỏ,
cát … Có thể sử dụng bụi than, xỉ sắt và các loại cặn khác của quá trình sản
xuất để thay thể một phần ngun liệu thơ thiên nhiên.
Thành phần chính của Clinker là Oxit Canxi (CaO): 59 – 67%, Oxit Silic
(SiO 2 ) : 16 – 26%, Oxit Nhôm (Al2 O 3 ): 4 – 8%, Oxit Sắt (Fe 2 O 3 ) 2 – 5%.
Bảng 2.1 :Thành phần hóa học chính trong sản xuất xi măng
Thành phần chính

Ngun liệu cung cấp

Calcium – CaO

Đá vơi, san hơ, vỏ sị…

Alumina - Al2 O 3

Đất sét, quặng Bauxite

Silica - SiO 2

Đất sét, cát, thạch anh…

Ferrite – Fe2O 3

Đất

sét,

quặng

pyrite,

laterite

Quy trình sản xuất Clinker: Khai thác đá vơi, đất sét, phối trộn sơ bộ với tỷ
lệ thích hợp, nghiền bột sống (bột này phù hợp cho việc thiêu đốt trong lò
nung xi măng), điều chỉnh phối liệu, đồng nhất bột sống, nung clinker, nhiệt
độ nung cao nhất của clinker la 1450oC

20

ĐỐ ÁN TỐT NGHIỆP

Sự chuyển hóa của vật liệu theo nhiệt của quá trình nung Clinker:
Bảng 2.2 : Biến đổi vật chất theo nhiệt độ trong quá trình sản xuất clinker.
Nhiệt độ

Phản ứng

Quá trình

Bốc hơi nước

20 – 100
100 – 300

Sấy

Bốc hơi nước tinh thể

400 – 500

Giải phóng nước liên kết

600 – 900

Giải phóng CO 2
CaCO3

> 800

->

CaO + CO 2

Phản ứng đầu tiên của hỗn hợp.

Canxi hố

Hìnhthành khống belite,
aluminates, ferrites.
>1250

Thiêu kết

Hình thành pha lỏng

~1450

Nóng chảy

Hình thành khống alite
Hình thành khống alit và belite

1300 – 1240
1240-300

Làm nguội

Kết tinh khoáng aluminate và ferrite

Làm nguội

Tạo trạng thái giả bền cho các

nhanh

khoáng trong clinker

Clinker sau khi nung sẽ được làm nguội nhanh tạo trạng thái giả bền cho
các khoáng trong clinker, clinker được trộn với các phụ gia như thạch cao,
pozzolana, xỉ, tro bay… tùy thuộc vào loại xi măng cần sản xuất. Hỗn hợp
này sau đó được nghiền trong máy nghiền xi măng và chứa trong silo. Sau đó
xi măng được đóng bao hoặc lưu trữ thành đống và chuyển giao khách hàng.
Đặc tính kỹ thuật của lò :

21


ĐỐ ÁN TỐT NGHIỆP

Hình 2.2: Hình ảnh bên ngồi của lị nung clinker.

Hình 2.3: bệ đở lị nung clinker.
Trong quy trình nung clinker, nhất thiết phải đảm bảo nhiệt độ lị từ 1.400
đến 1.500oC và nhiệt độ khí khoảng 2000oC. Đồng thời, phải nung clinker
trong điều kiện oxi hố. Vì thế cần phải có khơng khí dư trong vùng nung kết
của lò clinker xi măng.
Lò quay bao gồm một ống thép có tỷ lệ giữa chiều dài và đường kính là

khoảng từ 10:1 đến 38:1:

22