Nghiên cứu khả năng giải phóng các thành phần nguy hại ( kim loại nặng và florua ) từ xỉ lò cao phục vụ cho công tác đánh giá rủi ro môi trường của việc thải bỏ và sử dụng xỉ từ ng

Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường – Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

LỜI CẢM ƠN
Luận văn này được hoàn thành tại Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường
– Trường đại học Bách Khoa Nà Nội và Trường Nghiên cứu Môi trường Toàn cầu –
Đại học Kyoto, Nhật Bản, với sự hướng dẫn của PGS.TS. Huỳnh Trung Hải.
Lời đầu tiên tôi xin chân thành cảm ơn PGS. TS. Huỳnh Trung Hải đã nhiệt
tình hướng dẫn, giúp đỡ tôi trong quá trình nghiên cứu, thực hiện luận văn và đã
cho tôi những ý kiến nhận xét, góp ý quí báu.
Tôi xin chân thành cảm ơn Viện đào tạo sau đại học – Trường Đại học Bách
khoa Hà Nội. Đặc biệt là các thầy, cô giáo trong Viện Khoa học và Công nghệ Môi
trường – Trường Đại học Bách khoa Hà Nội đã quan tâm giúp đỡ và tạo điều kiện
cho tôi trong quá trình nghiên cứu học tập.
Tôi cũng xin bày tỏ lòng cảm ơn đối với sự giúp đỡ của GS. Takeshi Katsumi
và các thành viên thuộc Phòng thí nghiệm Kỹ thuật Hạ tầng Môi trường, các thầy
cô và cán bộ nhân viên của Trường Nghiên cứu Môi trường Toàn cầu – Đại học
Kyoto, Nhật Bản trong thời gian tôi thực hiện các thí nghiệm nghiên cứu trong
Luận văn này.
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn gia đình và bạn bè đã luôn bên tôi, động viên tôi,
giúp đỡ tôi vượt qua mọi khó khăn để hoàn thành Luận văn này.

Hà Nội, tháng 3 năm 2011
Học viên

Nguyễn Thị Giang

Luận văn Thạc sĩ

i

Ngành Kỹ thuật Môi trường

Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường – Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu khoa học của riêng tôi.
Các kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa được công bố trong bất kỳ
công trình nào khác

TÁC GIẢ

Nguyễn Thị Giang

Luận văn Thạc sĩ

ii

Ngành Kỹ thuật Môi trường


Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường – Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

ANC

Khả năng trung hòa axit

BTNMT

Bộ Tài nguyên và Môi trƣờng

CTNH

Chất thải nguy hại

IARC

Cơ quan Nghiên cứu Ung thƣ Quốc tế

IC

Máy sắc ký ion

ICPS

Máy đo khối phổ cảm ứng plasma

KLN

Kim loại nặng

QCVN

Quy chuẩn Việt Nam

TCCP

Tiêu chuẩn cho phép

WHO

Tổ chức Y tế Thế giới

Luận văn Thạc sĩ

iii

Ngành Kỹ thuật Môi trường


Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường – Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1. Thành phần hoá học của xỉ luyện thép (Đơn vị: mg/kg) ............................6
Bảng 1.2. Thành phần khoáng của xỉ luyện thép (Đơn vị: %) ....................................6
Bảng 1.3. Tính chất và ứng dụng của xỉ luyện thép....................................................7
Bảng 1.4. Sản lƣợng xỉ lò cao và xỉ thép đƣợc tiêu thụ ở Mỹ ....................................9
Bảng 1.5. Sử dụng xỉ ở Mỹ năm 2003 (Đơn vị: % lƣợng xỉ tiêu thụ) ........................9
Bảng 1.6. Sử dụng xỉ ở Nhật và Châu Âu năm 2004 ................................................10
Bảng 1.7. Một số phƣơng pháp chiết ........................................................................21
Bảng 2.1. Tính chất cơ bản của nƣớc biển nhân tạo .................................................27
Bảng 3.1. Thành phần hóa học của xỉ lò cao (Đơn vị: mg/kg) .................................36
Bảng 3.2. Các tính chất cơ bản của xỉ lò cao ............................................................36
Bảng 3.3. Khả năng chiết tối đa và khả năng trung hòa axit (ANC) của xỉ lò cao ...38
Bảng 3.4. So sánh nồng độ chiết của xỉ lò cao với ngƣỡng CTNH và TCCP trong
nƣớc ngầm (Đơn vị: mg/l).........................................................................................40
Bảng 3.5. Nồng độ HCO3- trong nƣớc tự nhiên ........................................................45
Bảng 3.6. So sánh khả năng giải phóng crôm trong thí nghiệm đánh giá ảnh hƣởng
của điều kiện khô ƣớt với khả năng giải phóng tối đa crôm từ xỉ lò cao ..................51

Bảng 3.7. So sánh khả năng giải phóng vanadi trong thí nghiệm đánh giá ảnh hƣởng
của điều kiện khô ƣớt với khả năng giải phóng tối đa vanadi từ xỉ lò cao ...............53
Bảng 3.8. So sánh khả năng giải phóng florua trong thí nghiệm đánh giá ảnh hƣởng
của điều kiện khô ƣớt với khả năng giải phóng tối đa florua từ xỉ lò cao ................55

Luận văn Thạc sĩ

iv

Ngành Kỹ thuật Môi trường


Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường – Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1. Sơ đồ quá trình hình thành xỉ trong ngành luyện thép ................................3
Hình 1.2. Các rủi ro môi trƣờng của việc sử dụng và thải bỏ chất thải công nghiệp12
Hình 1.3. Các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình chiết các chất ô nhiễm từ vật liệu
rắn…………………………………………………………………………………..17
Hình 2.1. Xác định dung dịch chiết thích hợp ..........................................................31
Hình 2.2. Thí nghiệm ngâm chiết theo phƣơng pháp ASTM D5233-92…………..32
Hình 2.3. Trình tự thí nghiệm đánh giá ảnh hƣởng điều kiện khô ƣớt xen kẽ ..........33
Hình 2.4. Loại bỏ các ion gây nhiễu cho phân tích sắc ký ion .................................34
Hình 3.1 Phân bố cấp hạt của xỉ lò cao .....................................................................37
Hình 3.2. Sự thay đổi pH và nồng độ chiết tích lũy trong thí nghiệm chiết liên tục 39
Hình 3.3. Sự thay đổi pH và nồng độ chất ô nhiễm bị chiết trong thí nghiệm với các
dung dịch chiết khác nhau .........................................................................................42
Hình 3.4. Thay đổi pH và nồng độ các chất ô nhiễm bị chiết trong thí nghiệm chiết
đơn với dung dịch Cl- ................................................................................................44
Hình 3.5. Thay đổi pH và nồng độ các chất ô nhiễm bị chiết trong thí nghiệm chiết

đơn với dung dịch HCO3- ..........................................................................................47
Hình 3.6. Thay đổi pH và nồng độ các chất ô nhiễm bị chiết trong thí nghiệm chiết
với dung dịch SO42- ...................................................................................................49
Hình 3.7. Thay đổi pH và khả năng giải phóng crôm trong thí nghiệm đánh giá ảnh
hƣởng điều kiện khô – ƣớt ........................................................................................52
Hình 3.8. Thay đổi pH và khả năng giải phóng vanadi trong thí nghiệm đánh giá
ảnh hƣởng điều kiện khô – ƣớt .................................................................................53
Hình 3.9. Thay đổi pH và khả năng giải phóng florua trong thí nghiệm đánh giá ảnh
hƣởng điều kiện khô – ƣớt ........................................................................................55

Luận văn Thạc sĩ

v

Ngành Kỹ thuật Môi trường


Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường – Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
DANH MỤC BẢNG BIỂU
DANH MỤC CÁC HÌNH
MỤC LỤC
MỞ ĐẦU .....................................................................................................................1
CHƢƠNG 1 . TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. Xỉ luyện thép và ảnh hƣởng môi trƣờng khi sử dụng và thải bỏ .........................3
1.1.1. Tổng quan về xỉ luyện thép ..................................................................................... 3
1.1.2. Ảnh hƣởng môi trƣờng của việc sử dụng và thải bỏ xỉ ..................................... 11
1.2. Phƣơng pháp chiết đánh giá ảnh hƣởng cử xỉ luyện thép đến môi trƣờng Error!
Bookmark not defined.

1.2.1. Quá trình chiết......................................................................................................... 15
1.2.2. Phƣơng pháp chiết .................................................................................................. 20
1.2.3. Tình hình nghiên cứu về khả năng giải phóng các độc chất từ xỉ luyện thép . 22
CHƢƠNG 2. VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............................26
2.1. Vật liệu nghiên cứu.................................................................................................... 26
2.2. Phƣơng pháp nghiên cứu .......................................................................................... 27
2.2.1. Phân tích tính chất vật lý và hóa lý của xỉ lò cao ....................................27
2.2.2. Thí nghiệm xác định thành phần hóa học của xỉ lò cao ..........................28
2.2.3. Thí nghiệm chiết xác định khả năng giải phóng tối đa KLN và florua từ
xỉ (Availablity Test - EA NEN 7341)..................................................................28
2.2.4. Thí nghiệm chiết liên tục (NEN 7349) .. ………………………………. 30
2.2.5. Thí nghiệm chiết đơn .............................................................................311
2.2.6. Thí nghiệm đánh giá ảnh hưởng điều kiện khô – ướt xen kẽ ...................33
2.2.7. Bảo quản và phân tích .............................................................................34
CHƢƠNG 3 . KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ..........................................................35
3.1. Tính chất cơ bản của xỉ lò cao .................................................................................. 35
3.1.1. Thành phần hóa học của xỉ lò cao ...........................................................35
3.1.2. Tính chất vật lý và hóa lý của xỉ lò cao ...................................................36

Luận văn Thạc sĩ

vi

Ngành Kỹ thuật Môi trường


Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường – Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
3.2. Đánh giá khả năng chiết các chất ô nhiễm từ xỉ lò cao ......................................... 38
3.3. Ảnh hƣởng của các dung dịch chiết khác nhau đối với quá trình chiết .............. 41
3.3.1. Ảnh hưởng của nước biển ........................................................................41

3.3.2. Ảnh hưởng của ion Cl- trong nước ..........................................................43
3.3.3. Ảnh hưởng của ion HCO3- trong nước ....................................................45
3.3.4. Ảnh hưởng của SO42- trong nước.............................................................47
3.4. Ảnh hƣởng của điều kiện khô - ƣớt đối với khả năng giải phóng các chất ô
nhiễm từ xỉ lò cao ..............................................................................................50
3.4.1. Ảnh hưởng của điều kiện khô – ướt đối với khả năng chiết crôm ...........51
3.4.2. Ảnh hưởng của điều kiện khô – ướt đối với khả năng chiết vanadi ........52
3.4.3. Ảnh hưởng của điều kiện khô – ướt đối với khả năng chiết florua .........54
3.4.4. Ảnh hưởng của điều kiện khô – ướt đến pH ............................................54
KẾT LUẬN ...............................................................................................................56
TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................58

Luận văn Thạc sĩ

vii

Ngành Kỹ thuật Môi trường


Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường – Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

MỞ ĐẦU
Sắt thép là vật liệu cơ bản cho ngành xây dựng và công nghiệp hiện đại. Cùng
với quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa thì sản lƣợng thép trên thế giới cũng nhƣ
Việt Nam tăng lên không ngừng. Theo thống kê của Hiệp hội Thép thế giới, sản lƣợng
thép thế giới trong những năm gần đây đạt khoảng 1300 triệu tấn [43]. Còn ở Việt
Nam, theo thống kê của Hiệp hội Thép Việt Nam, sản lƣợng thép tiêu thụ trong năm
2010 đạt khoảng 5,3 triệu tấn trong đó thép sản xuất trong nƣớc khoảng 4,7 triệu tấn.
Song song với sự tăng trƣởng của ngành sản xuất thép, một lƣợng xỉ thải khổng lồ
cũng đƣợc sinh ra trên toàn thế giới.

Xỉ thải của ngành sản xuất thép thƣờng đƣợc chia thành hai loại chính là xỉ lò
cao và xỉ thép. Trong đó, xỉ lò cao là loại xỉ đƣợc sinh ra do các tạp chất trong quặng
sắt bị nung chảy cùng với các thành phần trong đá vôi và than cốc. Hỗn hợp này có
khối lƣợng riêng nhẹ hơn gang, thƣờng nổi lên trên bề mặt và dễ dàng đƣợc lấy ra
khỏi lò cao. Trung bình để sản xuất ra mỗi tấn gang thì sinh ra 290 kg xỉ lò cao [45].
Xỉ lò cao có thành phần tƣơng tự với các loại vật liệu tự nhiên. Cùng với xu
hƣớng quản lý chất thải bền vững nhằm tiết kiệm năng lƣợng và nguồn nguyên liệu,
hầu hết xỉ lò cao ở các nƣớc phát triển hiện đang đƣợc tái sử dụng trong nhiều lĩnh
vực khác nhau, đặc biệt là trong ngành xây dựng và địa kĩ thuật (ví dụ nhƣ: sử dụng
trong vật liệu làm nền đƣờng, vật liệu gia cố đất, lớp phủ cho các bãi chôn lấp, vật
liệu làm đê, kè…). Còn ở Việt Nam hiện nay, một phần xỉ lò cao đang đƣợc sử dụng
làm vật liệu phụ gia cho sản xuất xi măng, phần còn lại đƣợc thải bỏ trong các hồ
chứa xỉ của nhà máy hoặc sử dụng trực tiếp làm vật liệu san lấp. Tuy nhiên, do có
chứa hàm lƣợng cao các chất độc nhƣ kim loại nặng [20] và florua [27], việc sử dụng
hay thải bỏ xỉ lò cao có thể gây ra những ảnh hƣởng nghiêm trọng tới môi trƣờng do
quá trình ngâm chiết các chất độc từ pha rắn của xỉ vào pha lỏng. Vì vậy, nghiên cứu
khả năng giải phóng các chất độc hại nhƣ kim loại nặng và florua từ xỉ lò cao có ý
nghĩa rất lớn trong việc phục vụ cho công tác đánh giá tác động môi trƣờng, đánh giá
rủi ro của các dự án sản xuất thép cũng nhƣ các dự án sử dụng xỉ lò cao, xỉ thép làm
vật liệu tái chế. Xuất phát từ thực tế đó, đề tài “Nghiên cứu khả năng giải phóng các

Luận văn Thạc sĩ

1

Ngành Kỹ thuật Môi trường


Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường – Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

thành phần nguy hại (kim loại nặng và florua) từ xỉ lò cao phục vụ cho công tác
đánh giá rủi ro môi trường của việc thải bỏ và sử dụng xỉ từ ngành công nghiệp
luyện thép” đƣợc lựa chọn.
Luận văn đƣợc thực hiện với những nội dung:
-

Tổng quan về xỉ luyện thép và ảnh hƣởng môi trƣờng khi sử dụng và thải bỏ xỉ
luyện thép.

-

Phƣơng pháp chiết để đánh giá ảnh hƣởng của xỉ luyện thép đến môi trƣờng.

-

Nghiên cứu thành phần hóa học và một số tính chất vật lý, hóa lý cơ bản của xỉ
lò cao.

-

Nghiên cứu khả năng giải phóng KLN (crôm và vanadi) và florua từ xỉ lò cao
cùng với các yếu tố ảnh hƣởng.

Luận văn Thạc sĩ

2

Ngành Kỹ thuật Môi trường

Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường – Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

CHƢƠNG 1

TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. Xỉ luyện thép và ảnh hƣởng môi trƣờng khi sử dụng và thải bỏ
1.1.1. Tổng quan về xỉ luyện thép
Xỉ là sản phẩm phụ của ngành luyện thép, đƣợc tạo ra từ quá trình tách thép
nóng chảy khỏi các tạp chất trong lò luyện kim. Nó là hỗn hợp của silicate và oxit
nóng chảy và kết tinh sau khi ra khỏi lò bằng các quá trình làm lạnh. Quá trình hình
thành xỉ trong công nghiệp luyện kim đƣợc minh họa trong Hình 1.1.
Xỉ lò luyện hồ quang

QUẶNG
SẮT

Thép phế
liệu

Lò điện
hồ quang

THAN
ĐÁ

Lò cao

Lò thổi
ôxy

ĐÁ
VÔI

Xỉ lò cao

Xỉ thép

Lò tinh
luyện

Thép
thành
phẩm

Xỉ thép

Hình 1.1. Sơ đồ quá trình hình thành xỉ trong ngành luyện thép [10]
Cơ chế hoá học của quá trình hình thành xỉ trong công nghiệp luyện thép [10]
Nguyên liệu của quá trình luyện kim bao gồm: quặng sắt (quặng hêmatit Fe2O3
và manhêtit Fe3O4), than cốc, không khí giàu ôxi và đá vôi CaCO3. Tất cả các nguyên
liệu đƣợc đƣa vào lò luyện kim (lò cao). Trong lò cao, cacbon oxit khử oxit sắt ở nhiệt
độ cao. Muốn sản xuất ra đƣợc 1 tấn gang cần phải sử dụng:
-

1,7 - 1,8 tấn quặng sắt (tuỳ thuộc hàm lƣợng sắt trong quặng, nếu hàm lƣợng
sắt thấp thì con số này sẽ lớn hơn).

Luận văn Thạc sĩ

3

Ngành Kỹ thuật Môi trường


Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường – Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

-

0,6 - 0,7 tấn đá vôi làm chất trợ dung (là chất giúp chảy) vì trong quặng tuy đã
làm giàu nhƣng vẫn còn đá không quặng. Nếu đá này thuộc loại axit (nhƣ silic
ôxit) phải dùng đá bazơ (đá vôi) làm chất giúp chảy; còn nếu là đá bazơ (nhƣ
ôxit canxi) lại phải dùng chất trợ dung là đá axit (cát thạch anh).

-

0,6 - 0,8 tấn than cốc dùng để làm nhiên liệu.
Quặng sắt, than cốc, đá vôi có kích thƣớc vừa phải đƣợc đƣa qua miệng lò cao

và xếp thành từng lớp. Không khí nóng đƣợc thổi từ 2 bên lò từ dƣới lên. Khi đó xảy
ra các phản ứng:
C + O2(to) → CO2 ( khí )
C + CO2(to) → 2CO ( khí )
Ôxit sắt sẽ bị khử bởi CO :
3CO + Fe2O3(to cao) → 3CO2 + 2Fe
Ngoài ra trong quặng có lẫn các tạp chất nhƣ MnO2, SiO2. Đá vôi bị phân hủy
nhiệt thành CaO rồi sau đó ôxit hóa các tạp chất này tạo thành xỉ.
CaO + SiO2(to) → CaSiO3
Xỉ nhẹ nên nổi lên trên và đƣợc đƣa ra ngoài khỏi cửa lò. Khí đƣợc tạo ra trong
lò thoát ra ở phía trên gần miệng lò.
Gang nóng chảy từ lò cao đƣợc chuyển sang lò thổi để tiếp tục đƣợc ôxi hoá

làm giảm hàm lƣợng cacbon.
C + 1/2O2 → CO
Đồng thời các phản ứng ôxi hoá khác cũng xảy ra trong lò thổi và lò tinh luyện
để loại bỏ các tạp chất có trong gang và tạo thành sản phẩm thép và xỉ thép
Si + O2 → SiO2
2P + 5/2O2 → P2O5
Mn + 1/2O2 → MnO
Fe + 1/2O2 → FeO
2Fe + 3/2O2 → Fe2O3
Xỉ luyện thép có thể đƣợc phân thành 3 loại chính là xỉ lò cao đƣợc hình thành
trong quá trình chuyển quặng thành gang trong lò cao, xỉ thép đƣợc hình thành trong

Luận văn Thạc sĩ

4

Ngành Kỹ thuật Môi trường


Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường – Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
quá trình tinh luyện gang thành thép và xỉ lò điện hồ quang là xỉ đƣợc hình thành
trong lò điện hồ quang với nguồn nguyên liệu chủ yếu là sắt thép phế liệu.
Riêng xỉ lò cao có 3 dạng khác nhau phụ thuộc vào quá trình nung luyện và
chế độ làm lạnh sau khi nấu chảy [3].
- Xỉ dùng làm vật liệu: là xỉ đƣợc làm lạnh chậm bằng không khí, chất nấu
chảy dần chuyển sang màu xám, kết tinh và tạo dạng cục, tảng lớn. Cấu trúc xỉ rất đặc
sít. Dạng xỉ này dùng cho kết cấu áo đƣờng hoặc làm cốt liệu trong bê tông. Khi làm
lạnh nhanh hơn có kèm theo một lƣợng nƣớc có hạn, sau đó hơi nƣớc bị thu hồi lại, để
lại các lỗ rỗng, rỗ tổ ong trong cấu trúc xỉ, gần tƣơng tự nhƣ đá bọt. Loại vật liệu này
sau đó đƣợc nghiền và dùng làm cốt liệu nhẹ.

- Xỉ dạng sợi: là xỉ đƣợc nấu chảy trở lại, có thể kết hợp nấu chung với silic
hoặc một số các chất khác. Sau đó đƣợc làm lạnh nhanh bằng tia không khí lạnh hoặc
tia nƣớc kèm theo khí. Lúc này xỉ tạo thành sợi mảnh. Xỉ dạng sợi là một loại vật liệu
cách nhiệt rất tốt.
- Xỉ dùng trong xi măng: là loại xỉ đƣợc làm lạnh rất nhanh và kết tinh ở dạng
thuỷ tinh. Nó có khả năng hoạt hoá cao, có khả năng hydrat hoá, đóng rắn và cho
cƣờng độ. Để sản xuất loại xỉ này ngƣời ta làm lạnh bằng 2 cách: (1) xỉ nấu chảy đƣợc
đổ trực tiếp xuống bể có dòng chảy liên tục, hoặc (2) tháo xỉ vào bể chứa, dùng bơm
cao áp 0,6 MPa phun xỉ lên thành tia và bắn tia nƣớc vào xỉ.
Thành phần hoá học
Xỉ là sản phẩm phụ của ngành công nghiệp luyện thép sử dụng các loại nguyên
liệu nhƣ quặng sắt, than cốc, đá vôi. Do đó, thành phần hoá học của xỉ phụ thuộc vào
chất lƣợng và loại nguyên liệu. Thành phần chính của xỉ là sắt, canxi, nhôm, silic
thƣờng tồn tại dƣới dạng các ôxit nhƣ FeO, Fe2O3, CaO, Al2O3, SiO2 do quá trình ôxi
hóa ở nhiệt độ cao. Ngoài ra, trong xỉ còn chứa hàm lƣợng cao các nguyên tố vết nhƣ
crôm, vanadi, và các anion nhƣ florua, sunphua… Thành phần hóa học đặc trƣng của
xỉ luyện thép đƣợc thể hiện trong Bảng 1.1.

Luận văn Thạc sĩ

5

Ngành Kỹ thuật Môi trường


Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường – Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

Bảng 1.1. Thành phần hoá học của xỉ luyện thép (Đơn vị: mg/kg) [20]
Nguyên tố
Fe

Hàm lƣợng
242 000

Nguyên tố
Zn

Hàm lƣợng
244

Ca
Al

221 000
219 000

Nb
Sr

198
178

Si
Mg

57 700
45 200

Cu
Zr

166
55,2

Mn
Cr

39 300
7 760

Ni
Pb

45
21,5

P

4 600

Mo

20,6

Na

3 700

Sn

17,5

Ti
S

2 800
1 260

Co
As

5,8
5,3

V
Ba

1 210
728

Cd
Be

0,45
<1,2

K
W

460

410

Hg
-

<0,41
Nguồn: Fällman, 1996

So sánh thành phần khoáng của xỉ luyện thép với các loại vật liệu tự nhiên và
xi măng Porland cho thấy xỉ luyện thép có thành phần khoáng tƣơng tự với đất núi, đá
Anđêxit và xi măng Portland (Bảng 1.2) [45].
Bảng 1.2. Thành phần khoáng của xỉ luyện thép (Đơn vị: %)
Thành
phần
SiO2

59,6

Đá
Andexit
59,6

Xi măng
Portland
22,0

44,3
1,5

0,4

22,0

5,8
17,3

64,2
5,5

0,3

17,5

-

3,1

3,0

MgO

6,7

6,4

0,8

2,8

1,5

S
MnO

0,8
0,3

0,007
5,3

0,01
0,1

0,2

2,0
-

TiO2

1,0

1,5

-

0,8

-

Xỉ lò cao

Xỉ thép

Đất núi

33,8

13,8

CaO
Al2O3

42,0
14,4

Fe tổng số

Nguồn: Hiệp hội Xỉ Nhật Bản

Luận văn Thạc sĩ

6

Ngành Kỹ thuật Môi trường


Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường – Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
Bên cạnh thành phần hóa học, một trong những yếu tố quan trọng liên quan
đến tính chất của vật liệu là cấu trúc khoáng của vật liệu. Do các nguyên tố có mặt
trong xỉ có thể liên kết và hình thành các cấu trúc khoáng vật khác nhau, nên hàm

lƣợng tổng số của một nguyên tố trong xỉ không thể chỉ ra một cách chính xác mức độ
ảnh hƣởng của nó đến nguồn nƣớc ngầm và nƣớc bề mặt khi tiếp xúc với xỉ.
Trong một nghiên cứu liên quan đến khả năng chiết các nguyên tố vết từ xỉ
luyện thép tác giả Drissen (2006) đã chỉ ra rằng trong xỉ luyện thép, crôm chủ yếu liên
kết trong các khoáng chứa sắt (Dicalciumferrit, Spinelle and Wüstile). Các khoáng
này khá bền vững khi tiếp xúc với dung môi nƣớc. Trong khi vanadi thì xuất hiện
trong cả các khoáng chứa sắt nhƣ trên và các khoáng canxi silicat. Sự hòa tan của
khoáng canxi silicat là nguyên nhân dẫn đến khả năng chiết cao của vanadi từ xỉ [17].
Ứng dụng của xỉ luyện thép
Do có những thành phần và tính chất tƣơng tự nhƣ vật liệu tự nhiên nên ngày
nay, trên thế giới xỉ đƣợc sử dụng rất rộng rãi trong nhiều lĩnh vực nhƣ: vật liệu làm
nền đƣờng, áo đƣờng, cốt liệu bê tông, sản xuất xi măng, phân bón, làm gốm, vật liệu
cải tạo đất, gia cố nền… Bảng 1.3 chỉ ra những tính chất và ứng dụng của các loại xỉ
trong công nghiệp luyện thép.
Bảng 1.3. Tính chất và ứng dụng của xỉ luyện thép [45]
Xỉ lò cao làm lạnh bằng không khí
Tính chất

Ứng dụng

Khả năng chịu tải cao nhờ tính chất đầm

Vật liệu làm nền đƣờng

chặt và tính chất thuỷ lực
Phản ứng kiềm cốt liệu nhỏ do hàm lƣợng
SiO2 thấp
Hạn chế phản ứng kiềm cốt liệu do hàm

Vật liệu sản xuất xi măng

lƣợng Na2O and K2O thấp
Có thành phần CaO và SiO2

Luận văn Thạc sĩ

Cốt liệu thô cho bê tông

Làm phân bón cải tạo đất

7

Ngành Kỹ thuật Môi trường


Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường – Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

Xỉ lò cao kết hạt
Tính chất

Ứng dụng

Tính hydrat hoá và đóng rắn cao

Vật liệu sản xuất ximăng Porland
Phụ gia cho sản xuất xi măng

Góc ma sát trong lớn và trọng lƣợng nhẹ

Đất đắp, đất phủ, nền đƣờng, đê

bao…trong xây dựng cầu đƣờng

Không chứa Clo và độ phản ứng kiềm cốt

Cốt liệu mịn cho sản xuất bê tông

liệu thấp do hàm lƣợng SiO2 thấp
Có thành phần CaO và SiO2

Làm phân bón cải tạo đất và gia cố
nền đƣờng

Xỉ thép và xỉ lò điện hồ quang
Tính chất

Ứng dụng

Độ cứng và khả năng chống ăn mòn

Cốt liệu cho bê tông asphalt

Khả năng chịu tải cao và bền trong nƣớc

Vật liệu làm nền đƣờng

Góc ma sát trong lớn

Vật liệu xây dựng dân dụng và vật
liệu gia cố nền

Thành phần hoá học (FeO, CaO và SiO2)

Nguyên liệu clinke cho sản xuất xi
măng

Có thành phần CaO, SiO2, MgO và Fe0

Làm phân bón, cải tạo đất

Theo Hiệp hội Xỉ Nhật Bản: trung bình khoảng 290 kg xỉ lò cao đƣợc thải ra
khi sản xuất đƣợc 1 tấn gang và 110 – 120 kg xỉ thép cho 1 tấn thép thô [45]. Với sản
lƣợng khoảng 750 triệu tấn gang và 1.300 triệu tấn thép đƣợc sản xuất mỗi năm phát
sinh khoảng 217,5 triệu tấn xỉ lò cao và 143 – 156 triệu tấn xỉ thép [52].
Ở nhiều quốc gia phát triển nhƣ Mĩ, Nhật Bản và Châu Âu, xỉ lò cao và xỉ thép
hiện nay đƣợc xem là một nguồn nguyên liệu quan trọng đƣợc sử dụng trong nhiều
lĩnh vực khác nhau. Trong đó, khoảng 60% xỉ lò cao đƣợc sử dụng để sản xuất xi
măng xỉ do những đặc tính ƣu việt của việc sản xuất xi măng xỉ so với các loại xi
măng thông thƣờng nhƣ giảm khoảng 44% lƣợng phát thải CO2, giảm tiêu thụ nguyên

Luận văn Thạc sĩ

8

Ngành Kỹ thuật Môi trường


Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường – Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
liệu và năng lƣợng. Bên cạnh ứng dụng trong sản xuất xi măng, xỉ lò cao còn đƣợc sử
dụng rộng rãi làm lớp nền để xây dựng đƣờng, bến cảng, sân bay, bãi chôn lấp và các
công trình thủy lợi nhƣ đê, kè ở bờ sông, đê biển chắn sóng… Ngoài ra một phần nhỏ

xỉ lò cao còn dƣợc sử dụng làm phân bón nông nghiệp để cải thiện pH đất và cung cấp
các khoáng chất cho cây trồng.
Xuất phát từ quan điểm giảm thiểu tác động môi trƣờng của các ngành công
nghiệp đồng thời mang lại lợi ích kinh tế, sử dụng xỉ làm vật liệu hiện đã đƣợc tiêu
chuẩn hóa ở hầu hết các nƣớc phát triển. Mức độ tiêu thụ xỉ phụ thuộc vào tính chất
của xỉ, vị trí của nhà máy luyện kim, sản lƣợng xỉ, chi phí và lợi nhuận kinh tế của
việc sử dụng xỉ làm vật liệu thay vì sử dụng các nguyên liệu tự nhiên. Sản lƣợng tiêu
thụ xỉ ở Hoa kỳ, Nhật, và Châu Âu đƣợc chỉ ra trong các Bảng 1.4; Bảng 1.5 và Bảng
1.6.
Bảng 1.4. Sản lƣợng xỉ lò cao và xỉ thép đƣợc tiêu thụ ở Mỹ [52]
Năm

2002

Giá trị

2003

Xỉ lò cao

Xỉ thép

Tổng

Xỉ lò cao

Xỉ thép

Tổng

Sản lƣợng (triệu tấn)

11,0

8,0

19,0

10,9

8,8

19,7

Giá trị (triệu USD)

265

30

294

261

35

296

Nguồn: Hiệp hội Xỉ Quốc gia Hoa Kỳ

Bảng 1.5. Sử dụng xỉ ở Mỹ năm 2003 (Đơn vị: % lƣợng xỉ tiêu thụ) [52]
Ứng dụng

Xỉ lò cao

Xỉ thép

Làm bê tông tƣơi

9,3

-

Bê tông thành phẩm

6,4

-

Bê tông Alpha

20,6

17,0

Vật liệu nền đƣờng

34,7

46,4

Vật liệu san lấp

3,1

11,1

Vật liệu xi măng

5,7

5,4

Vật liệu hỗn hợp (sợi khoáng, vật liệu mái, đá

4,0

2,5

16,2

17,6

ballat, cải tạo đất)
Ứng dụng khác

Nguồn: Hiệp hội Xỉ Quốc gia Hoa Kỳ

Luận văn Thạc sĩ

9

Ngành Kỹ thuật Môi trường


Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường – Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

Bảng 1.6. Sử dụng xỉ ở Nhật và Châu Âu năm 2004 [45]
Ứng dụng

Nhật Bản 1

Châu Âu 2

Xỉ lò cao

Xỉ thép

Xỉ lò cao

Xỉ thép

25,32

13,41

24,6

13,83

Vật liệu làm đƣờng (%)

14

26

32.6

45

Sản xuất xi măng (%)

62

2

64

1

Vật liệu gia cố nền đất (%)

2

3

Vật liệu xây dựng dân dụng (%)

15

32

0,3

3

Tổng (triệu tấn)

Cải tạo đất (%)

3

Phân bón (%)

2

7

0,2

3

Lƣu giữ tạm thời (%)

5

26

1,5

17

0,4

14

1

6

Tái chế trong nhà máy thép (%)
Ứng dụng khác (%)
Chôn lấp (%)

11
Nguồn: 1 Hiệp hội Xỉ Nhật Bản
2
Hiệp hội xỉ Châu Âu

Ở Việt Nam, trong những năm gần đây, xỉ lò cao kết hạt đã đƣợc nghiên cứu
để sử dụng làm nguyên liệu sản xuất xi măng Forland. Năm 2005, Hội đồng Khoa học
công nghệ Bộ Xây dựng đã nghiệm thu đề tài khoa học: “Sử dụng xỉ lò cao hạt hoá
Nhật Bản để sản xuất xi măng PCB40 ở Việt Nam”. Đề tài do Viện Vật liệu xây dựng
Bộ Xây dựng phối hợp với Công ty LAFARGE Xi măng Việt Nam thực hiện [3].
Việc áp dụng nguồn nguyên liệu quan trọng là xỉ lò cao, xỉ nhiệt điện vào sản
xuất xi măng ở Việt Nam là rất quan trọng nhằm giảm chi phí sản xuất, bảo vệ môi
trƣờng, tiết kiệm tài nguyên thiên nhiên, tăng tỉ lệ phụ gia cho xi măng và tăng sức
cạnh tranh của sản phẩm. Với sản lƣợng gang ở Việt Nam vào khoảng 200 - 210 ngàn
tấn/năm, xỉ lò cao đƣợc tạo ra trong quá trình luyện gang ƣớc tính 60 -70 ngàn
tấn/năm. Lƣợng xỉ cung cấp cho các nhà máy xi măng năm 2003 là 38,772 tấn, năm

2004 là 43,430 tấn, năm 2005 là khoảng 52 tấn. Theo định hƣớng phát triển ngành
thép trong tƣơng lai sẽ có một số cơ sở sản xuất gang: Tổng công ty thép Việt Nam,

Luận văn Thạc sĩ

10

Ngành Kỹ thuật Môi trường


Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường – Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
khu liên hiệp luyện kim khép kín; mỏ - luyện gang - luyện thép - cán thép tại Thạch
Khê, Hà Tĩnh với công suất 4,5 triệu tấn/năm nếu đi vào hoạt động sẽ cung cấp một
lƣợng lớn xỉ lò cao cho sản xuất xi măng [6].
Để hiện thực hóa những nghiên cứu ứng dụng xỉ lò cao cho sản xuất xi măng,
Chính phủ đã ban hành Tiêu chuẩn xỉ lò cao dùng trong sản xuất xi măng TCVN
4315:2007 – Yêu cầu kỹ thuật. Tiêu chuẩn này ngoài quy định thành phần hoá học
của xỉ lò cao còn quy định thêm chỉ số hoạt tính cƣờng độ.
Bên cạnh những nghiên cứu và ứng dụng xỉ lò cao cho sản xuất xi măng, xỉ lò
cao hiện cũng đang đƣợc đẩy mạnh nghiên cứu và ứng dụng cho ngành sản xuất vật
liệu. Năm 2010, Thủ tƣớng Chính phủ đã ký quyết định phê duyệt Chƣơng trình phát
triển vật liệu xây dựng không nung đến năm 2020 với mục tiêu phát triển sản xuất và
sử dụng loại vật liệu này thay thế gạch đất sét nung đạt tỷ lệ 20 – 25% vào năm 2015
và 30 – 40% vào năm 2020. Chƣơng trình cũng đặt ra mục tiêu là hàng năm sử dụng
khoảng 15 – 20 triệu tấn phế thải công nghiệp (tro xỉ nhiệt điện, xỉ lò cao...) để sản
xuất vật liệu xây dựng không nung, tiết kiệm đƣợc khoảng 1.000 ha đất nông nghiệp
và hàng trăm ha diện tích đất chứa phế thải.
Những nghiên cứu ban đầu về sử dụng chất thải công nghiệp trong đó có xỉ
luyện thép làm vật liệu làm nền đƣờng, cốt liệu bê tông hiện đã đƣợc nghiên cứu ở
Viện Vật liệu xây dựng và nhiều trung tâm nghiên cứu. Tuy nhiên ứng dụng thực tế

của những nghiên cứu này hiện nay vẫn còn gặp nhiều vấn đề khó khăn [5].
Nhìn chung, mặc dù đã có những chính sách khuyến khích và các nghiên cứu
ứng dụng nhƣng việc tái sử dụng xỉ lò cao và xỉ thép ở Việt Nam vẫn còn rất hạn chế
và chủ yếu mang tính tự phát. Phần lớn xỉ lò cao và xỉ thép ở Việt Nam hiện nay đƣợc
thải bỏ trong các hồ chứa xỉ thải của các nhà máy hoặc các bãi chứa chất thải công
nghiệp.
1.1.2. Ảnh hưởng môi trường của việc sử dụng và thải bỏ xỉ
Việc sử dụng xỉ làm vật liệu nền đƣờng, gia cố nền móng, vật liệu phủ, đê
kè… ở các nƣớc phát triển hay việc thải bỏ chúng ra môi trƣờng ở các nƣớc đang phát
triển nhƣ Việt Nam đều có thể dẫn đến những rủi ro môi trƣờng. Các chất độc nhƣ

Luận văn Thạc sĩ

11

Ngành Kỹ thuật Môi trường


Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường – Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
KLN và florua từ xỉ có thể đƣợc giải phóng ra môi trƣờng do quá trình chiết khi
chúng tiếp xúc trực tiếp với các điều kiện môi trƣờng khác nhau. Các chất độc này sau
khi thoát ra có thể làm nhiễm bẩn môi trƣờng đất, nƣớc và ảnh hƣởng đến sức khỏe
con ngƣời thông qua thực phẩm và nƣớc uống. Một số rủi ro môi trƣờng của việc sử
dụng và thải bỏ các loại chất thải công nghiệp nhƣ xỉ lò cao đƣợc chỉ ra ở Hình 1.2.

Hình 1.2. Các rủi ro môi trƣờng của việc sử dụng và thải bỏ chất thải công nghiệp [39]
Do những rủi ro môi trƣờng có thể xảy ra do đó việc đánh giá tác động môi
trƣờng và đánh giá rủi ro khi sử dụng và thải bỏ xỉ phải bao gồm cả việc đánh giá khả
năng chiết của vật liệu trong điều kiện môi trƣờng khắc nghiệt cũng nhƣ trong thời
gian dài tiếp xúc với môi trƣờng. Ngoài ra, vòng đời của vật liệu xỉ, sự thay đổi có thể

xảy ra trong thành phần hóa học, tính chất khoáng, điều kiện môi trƣờng cụ thể cũng
phải đƣợc cân nhắc một cách cẩn thận trong quá trình sử dụng và thải bỏ xỉ.
Một số chất ô nhiễm thƣờng đƣợc quan tâm trong quá trình sử dụng và thải bỏ
xỉ lò cao là crôm, vanadi và florua.
a, Crôm
Crôm là một kim loại màu trắng bạc, có ánh xanh và là nguyên tố vi lƣợng
quan trọng cho cơ thể sống của sinh vật. Trong xỉ lò cao, crôm là kim loại nặng có
Luận văn Thạc sĩ

12

Ngành Kỹ thuật Môi trường


Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường – Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
hàm lƣợng cao nhất. Khi bị chiết ra môi trƣờng crôm có thể tồn tại ở 2 dạng hóa trị là
Cr(III) và Cr(VI) [20]. Cr(VI) có thể tồn tại rất bền trong môi trƣờng axit (dạng
Cr2O72-) và môi trƣờng kiềm (ở dạng CrO42-), có tính ô xi hóa cao và rất độc với các
loài động vật có vú. Tuy nhiên, trong tự nhiên có thể xảy ra quá trình khử Cr(VI)
thành Cr(III) hoặc quá trình ôxi hóa ngƣợc lại tùy thuộc vào điều kiện môi trƣờng.
Nguồn gốc của crôm trong xỉ lò cao là từ các khoáng vật chứa nhiều crôm nhƣ
khoáng crômit (FeCrO3) trong nguyên liệu của công nghiệp luyện kim.
Con đường xâm nhập và đào thải crôm ở cơ thể con người
Đối với ngƣời, crôm xâm nhập vào cơ thể chủ yếu qua con đƣờng thức ăn, Cr
(VI) đi vào cơ thể dễ gây biến chứng, tác động lên tế bào, lên mô phát triển thành các
tế bào không nhân, gây ung thƣ.
Crôm đƣợc đào thải ra cơ thể ngƣời chủ yếu qua con đƣờng tiêu hóa và nó
phụ thuộc vào khả năng hấp thụ từng cơ thể khác nhau. Nhiều các nghiên cứu cho
thấy rằng, con ngƣời hấp thụ Cr6+ nhiều hơn so với Cr3+ nhƣng độc tính của Cr6+ lại
gấp 100 lần độc tính của Cr3+.

Tính độc của crôm đối với cơ thể con người
Các hợp chất của Cr6+ rất độc, dễ gây các bệnh nhƣ ung thƣ phổi, viêm loét da,
viêm gan, viêm thận, thủng vách ngăn giữa 2 lá mía, gây độc cho hệ thần kinh và
tim…
Mặt khác crôm cũng là một nguyên tố vi lƣợng cần thiết cho cơ thể. Mức độ
hấp thụ của crôm qua đƣờng ruột tùy thuộc vào các dạng hợp chất của crôm. Tỉ lệ hấp
thụ qua phổi không xác định đƣợc, mặc dù hàm lƣợng crôm đọng lại ở phổi là rất
nhiều và nó là nguyên nhân dẫn tới ung thƣ phổi. Các công nhân làm việc trong các
ngành công nghiệp liên quan tới crôm thì đƣợc thống kê là có tỉ lệ mắc bệnh ung thƣ
phối là khá cao. Crôm tiếp xúc qua da gây các bệnh về da nhƣ viêm loét…IARC đã
xếp Crom (VI) vào nhóm 1 (nhóm tác nhân chắc chắn gây ung thƣ cho ngƣời) và
Crom (III) vào nhóm 3 (nhóm tác nhân chƣa thể xếp vào nhóm chất gây ung thƣ cho
ngƣời) [8].

Luận văn Thạc sĩ

13

Ngành Kỹ thuật Môi trường


Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường – Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
Theo tiểu chuẩn của Tổ chức Y tế thế giới (WHO) thì hàm lƣợng crôm cho
phép trong nƣớc uống là 0,05 mg/l [2].
b, Vanadi
Vanadi là nguyên tố có trong tự nhiên, đƣợc phân bố khá rộng rãi trên bề mặt
của vỏ trái đất, nó đƣợc tìm thấy trong khoảng 65 loại khoáng khác nhau. Tùy thuộc
vào từng dạng tồn tại mà vanadi có màu trắng xám hoặc xám sáng, ở dạng tinh khiết
thì vanadi là kim loại mền, dẻo và có màu trắng sáng. Trong tự nhiên vanadi có trong
môi trƣờng đất, nƣớc, khí. Trong hoạt động của một số ngành công nghiệp cũng giải

phóng vanadi vào môi trƣờng nhƣ từ các nhà máy điện và lọc dầu sử dụng vanadi để
làm giàu nhiên liệu là than đá và dầu mỏ…
Trong xỉ lò cao, vanadi cũng là một KLN có hàm lƣợng cao và thƣờng đƣợc
các nhà môi trƣờng quan tâm nghiên cứu. Nguồn gốc của vanadi trong xỉ lò cao cũng
bắt nguồn từ các khoáng có trong nguyên liệu luyện kim.
Con đường hấp thụ vanadi vào cơ thể con ngươi
Con ngƣời hấp thụ vanadi chủ yếu qua con đƣờng ăn uống. Hầu hết thực phẩm
trong tự nhiên đều có chứa vanadi nhƣng ở hàm lƣợng thấp. Nhìn chung, thì hải sản
có chứa hàm lƣợng vanadi cao hơn các loại thực phẩm khác. Các nghiên cứu cho thấy
là hằng ngày chúng ta hấp thụ 0,01 – 0,02 mg vanadi và nồng độ vanadi trung bình
trong nƣớc uống là 0,001 mg/l, trung bình mỗi ngày chúng ta uống hết 2 lít nƣớc tức
chúng ta hấp thụ khoảng 0,002 mg/l vanadi. Bên cạnh đó, vanadi còn vào cơ thể con
ngƣời qua các đƣờng hô hấp và tiếp xúc qua da.
Ảnh hưởng của Vanadi đến sức khỏe con người
Khi con ngƣời bị nhiễm độc vanadi sẽ có các biểu hiện ban đầu nhƣ buồn nôn,
ỉa chảy, co thắt dạ dày… Nếu nhiễm độc vanadi với hàm lƣợng cao trong thời gian
dài sẽ dẫn tới ung thu phổi. IARC (Cơ quan Nghiên cứu Ung thƣ Quốc tế) đã xếp
vanadi vào nhóm nguyên tố có thể gây ung thƣ [41].
c, Florua
Florua là anion có công thức F-, là dạng khử của flo. Một số hợp chất chứa
florua thƣờng gặp nhƣ hydro florua (HF) có thể tồn tại ở dạng khí hoặc lỏng không

Luận văn Thạc sĩ

14

Ngành Kỹ thuật Môi trường


Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường – Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

màu, có mùi hăng có nhiệt độ sôi 19,50C, có khả năng hòa tan trong nƣớc tạo thành
axit hydrofluoric; natri florua (NaF) là một chất rắn màu trắng hòa tan trong nƣớc;
axit florosilicxit (H2SiF6) là chất rắn không màu có khả năng hòa tan cao trong nƣớc;
canxi florua (CaF) là hợp chất chứa flo phổ biến nhất và là nguồn của hầu hết florua
trên thế giới. CaF thƣờng đƣợc sử dụng rộng rãi trong ngành luyện kim nhƣ một chất
gây chảy, làm giảm nhiệt độ nóng chảy của quặng sắt. Đây cũng chính là nguyên
nhân làm cho xỉ lò cao của công nghiệp luyện kim chứa hàm lƣợng cao florua.
Năm 1987, IARC đã xếp florua vô cơ vào nhóm 3 (tác nhân hoặc hỗn hợp
không gây ung thƣ cho con ngƣời). Tuy nhiên, nếu con ngƣời tiếp xúc với các hợp
chất khác nhƣ HF sẽ bị giảm canxi trong huyết tƣơng, suy tim mạch. Nếu hít hơi HF
qua đƣờng hô hấp thì thanh quản và phổi sẽ bị ảnh hƣởng. Ngƣời bị nhiễm sẽ bị đau
xƣơng ức sau và ho ra đờm, đôi khi ho ra máu, có thể bị phù nề phổi. Nếu nuốt phải
dung dịch HF, ngƣời bệnh sẽ bị bỏng miệng và họng, buồn nôn và nôn mửa. Cuối
cùng, tất cả các bộ phận tiếp xúc với dung dịch HF hoặc hơi HF đều bị loét.
Việc hấp thụ florua ở nồng độ tƣơng đối cao, trong thời gian dài có thể dẫn tới
các bệnh về mô xƣơng. Những thay đổi về xƣơng do nhiễm độc florua thƣờng có biểu
hiện nhƣ căng to, sần sùi, sợi xƣơng xốp, dịch chuyển xƣơng mới tạo ra những chổ bị
lồi xƣơng, cốt hóa gân cốt và dây chằng, xƣơng bị dòn, dễ gãy khi va chạm.
Ở giai đoạn đầu, các triệu chứng nhiễm độc của florua là chƣa rõ ràng, dần dần
các bệnh nhân sẽ cảm thấy hơi đau ở các khớp tay. Tiếp theo, bệnh nhân có thể bị gù
lƣng, khó xoay và bị gập đầu gối. Cuối cùng, bệnh nhân sẽ bị liệt do rễ các dây thần
kinh và dây cột sống bị nén lại. Theo các nhà nghiên cứu thì nếu hàm lƣợng florua
tăng cao hơn 1,5 mg/l sẽ làm tăng nguy cơ bị nhiễm florua ở răng và nếu cao hơn sẽ
bị nhiễm florua ở xƣơng. Răng bị đốm viền là dấu hiệu của bị nhiễm florua kinh
niên…[2], [49].
1.2. Phƣơng pháp chiết đánh giá ảnh hƣởng của xỉ luyện thép đến môi trƣờng
1.2.1. Quá trình chiết
Từ những vấn đề môi trƣờng liên quan đến xỉ nhƣ đã đề cập ở trên, những
thông tin về nồng độ các độc chất có thể bị chiết ra môi trƣờng trong quá trình sử

Luận văn Thạc sĩ

15

Ngành Kỹ thuật Môi trường


Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường – Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
dụng và thải bỏ xỉ là rất cần thiết. Chiết là quá trình trong đó các chất ô nhiễm vô cơ
và hữu cơ thoát ra khỏi pha rắn vào pha lỏng do quá trình hòa tan khoáng vật, quá
trình giải hấp phụ, quá trình tạo phức với ảnh hƣởng của điều kiện pH, thế ôxi hóa
khử, các chất hữu cơ hòa tan, các hoạt động (vi) sinh học [39].
Trong môi trƣờng tự nhiên, các dung dịch chiết thông thƣờng là nƣớc mƣa,
nƣớc ngầm có thể tiếp xúc với vật liệu bằng nhiều con đƣờng khác nhau nhƣ: do mƣa,
lũ lụt, mực nƣớc ngầm dâng lên kết hợp với lực mao dẫn, sự thấm nƣớc mƣa qua các
khe nứt trên bề mặt. Các dung dịch chiết khác nhau có những tính chất hóa học đặc
trƣng khác nhau do kết quả của hoạt động sinh học, phản ứng giữa nƣớc – chất rắn, sự
thay đổi các điều kiện vật lý… Những đặc tính khác nhau này ảnh hƣởng đáng kể đến
khả năng giải phóng các chất ô nhiễm từ vật liệu. Bên cạnh ảnh hƣởng của dung dịch
chiết, một số thay đổi hóa học nhƣ sự hydrat hóa, sự thủy phân, sự tạo phức của các
cation kim loại với các phức vô cơ và hữu cơ có thể xảy ra trong quá trình sử dụng
hoặc thải bỏ xỉ trong điều kiện môi trƣờng tự nhiên. Các quá trình hóa học này có thể
thúc đẩy khả năng hòa tan của các kim loại trong vật liệu.
Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chiết
Sự giải phóng các chất vô cơ vào pha lỏng (hay quá trình chiết) đƣợc kiểm soát
bởi các quá trình hóa học, vật lý và sinh học [39].
Các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình chiết các chất ô nhiễm từ vật liệu rắn đƣợc
mô tả chi tiết trong Hình 1.3.

Luận văn Thạc sĩ

16

Ngành Kỹ thuật Môi trường


Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường – Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

Hình 1.3. Các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình chiết các chất ô nhiễm từ vật liệu rắn [39]
Quá trình chiết các thành phần từ vật liệu rắn vào pha lỏng là kết quả của hai
quá trình cơ bản: quá trình hóa học (sự hòa tan khoáng vật, sự hấp phụ, sự tạo phức)
và quá trình vật lý (sự khuếch tán, sự lan truyền chất theo dòng, sự rửa trôi bề mặt)
Trong thƣc tế quá trình chiết là sự kết hợp của cả hai quá trình trên.
a, Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hóa học
Có ba cơ chế hóa học khác nhau quyết định quá trình chiết các chất ô nhiễm,
đó là: sự hòa tan khoáng vật, quá trình hấp phụ và hàm lƣợng của các chất trong vật
liệu. Các cơ chế này bị ảnh hƣởng bởi các yếu tố sau:
pH
pH của vật liệu và pH của môi trƣờng đóng vai trò quan trọng trong quá trình
giải phóng các chất. Sự hòa tan của hầu hết các khoáng vật cũng nhƣ quá trình hấp

Luận văn Thạc sĩ

17

Ngành Kỹ thuật Môi trường


Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường – Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
phụ, hấp thụ đều chịu ảnh hƣởng mạnh mẽ của pH. Giá trị pH của quá trình chiết thực

tế phụ thuộc vào pH của vật liệu, pH của môi trƣờng xung quanh và tính đệm của vật
liệu. pH của xỉ lò cao và xỉ thép thƣờng cao (pH ~ 11) do chứa nhiều các ôxít kim loại
kiềm thổ CaO và MgO.
Dạng tồn tại hóa học của các chất
Dạng tồn tại hóa học của một chất ô nhiễm cũng liên quan đến khả năng chiết
của nó ra môi trƣờng. Các chất này có thể tồn tại ở dạng ôxi hóa hoặc dạng khử (Ví
dụ: crôm có thể tồn tại ở dạng CrO42- hoặc Cr3+). Các KLN có xu hƣớng dễ tạo phức
với các hợp chất mùn nhƣ humic có mặt trong nƣớc tự nhiên, trong đất. Các dạng
phức chất của KLN thƣờng có khả năng hòa tan cao và do đó chúng dễ dàng bị chiết
ra hơn các hợp chất vô cơ khác của nó.
Trạng thái ôxi hóa khử
Trạng thái ôxi hóa khử của vật liệu và của môi trƣờng ảnh hƣởng đến dạng tồn
tại hóa học của các chất ô nhiễm. Đối với KLN, sự ôxi hóa một chất khử thƣờng làm
tăng khả năng giải phóng của chất đó ra môi trƣờng còn quá trình khử thì thƣờng có
tác động ngƣợc lại.
Thành phần của pha lỏng và nồng độ ion
Nồng độ muối trong dung dịch chiết có ảnh hƣởng đáng kể đến sự hòa tan của
các thành phần trong vật liệu (thông thƣờng, nồng độ muối càng cao thì càng làm tăng
khả năng chiết các chất ô nhiễm từ vật liệu rắn ra môi trƣờng). Một số thành phần
khác có mặt trong dung dịch có thể thúc đẩy khả năng chiết do sự tạo phức (ví dụ nhƣ
kim loại có thể tạo phức với clorua hay cacbonat).
Nhiệt độ
Thông thƣờng nhiệt độ tăng dẫn đến tăng khả năng hòa tan các chất. Thêm vào
đó, nhiệt độ tăng còn làm tăng tốc độ các phản ứng hóa học và tăng tốc độ quá trình
khuếch tán. Do đó nhiệt độ cũng là một yếu tố quan trọng ảnh hƣởng (chủ yếu là làm
tăng) quá trình chiết các chất độc ra môi trƣờng.
Ngoài các yếu tố ảnh hƣởng đã đƣợc đề cập ở trên, một số quá trình khác nhƣ:
tổng thành phần hóa học, tính đệm axit – bazơ, cacbon hữu cơ hòa tan (DOC)… cũng
có thể ảnh hƣởng đến quá trình chiết các chất từ vật liệu rắn.

Luận văn Thạc sĩ

18

Ngành Kỹ thuật Môi trường