Luận văn thạc sĩ nghiên cứu kiểm kê khí thải trong ngành công nghiệp luyện kim trên địa bàn tỉnh thái nguyên và đề xuất các biện pháp giảm thiểu

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
------------------------------------

Lê Hải Bằng

NGHIÊN CỨU KIỂ M KÊ KHÍ THẢ I
TRONG NGÀNH CÔNG
LUYÊ KIM TRÊN
BÀN
NGHIÊP
N
ĐIA
TỈNH THÁI NGUYÊN VÀ ĐỀ XUẤT CÁC BIỆN PHÁP GIẢM THIỂU

LUÂN

SỸ KHOA HOC

VĂN
THAC

Hà Nội – 2012
1


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
------------------------------------

Lê Hải Bằng

NGHIÊN CỨU KIỂ M KÊ KHÍ THẢ I
TRONG NGÀNH CÔNG
BÀ N
LUYÊ KIM TRÊN
NGHIÊP
N
ĐIA
TỈNH THÁI NGUYÊN VÀ ĐỀ XUẤT CÁC BIỆN PHÁP GIẢM THIỂU
Chuyên ngành: Khoa hoc môi trƣờng
Mã số: 60 85 02
LUÂN

SỸ KHOA HOC

VĂN
THAC

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC

PGS.TS. Đồng Kim Loan

Hà Nội - 2012
2


Lơì cam
̉ ơn

Học viên xin bày tỏ Học viên xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc

đến PGS .TS. Đờng Kim Loan , giảng viên Khoa Môi trƣờng –
Trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học Quốc Gia Hà Nội,
ngƣời đã tận tình hƣớng dẫn học viên trong q trình nghiên cứu và
hồn thành luận văn này.
Học viên xin chân thành cảm ơn các thầy, cô giáo trong Khoa
Môi trƣờng đã truyền đạt những kiến thức khoa học quý báu.
Nhân dịp này tôi cũng gửi lời cảm ơn tới lãnh đạo cơ quan, gia
đình và bạn bè đờng nghiệp đã luôn ở bên động viên giúp đỡ tôi
trong suốt q trình học tập và hồn thành luận văn này.
Học viên
Lê Haỉ Bằng

3


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU................................................................................................................................1
Chƣơng 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU.....................................................................................3
1.1. Tổng quan về công nghiệp luyên kim.............................................................................3
1.1.1. Khái quát về công nghiêp

luyê kim trên thế giới và Việt nam...................................3
n

1.1.1.1. Luyện kim đen...........................................................................................................3
1.1.1.2. Luyện kim màu.........................................................................................................9
1.1.2. Công nghiêp

luyê kim Việt Nam và tỉnh Thái Nguyên.............................................11
n

1.1.2.1. Công nghiêp

luyên kim Việt Nam...........................................................................11

1.1.2.2. Công nghiêp

luyên kim ở Thái Nguyên..................................................................12
1.1.3. Các yếu tố gây ô nhiễm không khí trong hoạt động luyện kim.................................14

1.1.3.1. Bụi...........................................................................................................................14
1.1.3.2. Khí CO2 và CO.......................................................................................................15
1.1.3.3. Khí NOx..................................................................................................................15
1.1.3.4. Khí SO2...................................................................................................................15
1.1.3.5. Các hợp chất hữu cơ bay hơi...................................................................................16
1.1.3.6. Kim loại nặng..........................................................................................................16
1.1.3.7. Các hợp chất độc hại khác.......................................................................................16
1.2. Điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội và môi trƣờng của tỉnh Thái Nguyên...................17
1.2.1. Điều kiện tự nhiên......................................................................................................17
1.2.2. Đặc điểm phát triển kinh tế - xã hội...........................................................................18
1.2.2.1. Tăng trƣởng kinh tế................................................................................................18
1.2.2.2. Dân số......................................................................................................................19
1.2.2.3. Phát triển công nghiệp - xây dựng..........................................................................19
1.2.3. Hiện trạng môi trƣờng tỉnh Thái nguyên...................................................................22
1.2.3.1. Hiện trạng môi trƣờng không khi.́ .......................................................................... 22
1.2.3.2. Hiện trạng chất lƣợng môi trƣờng đất....................................................................24
1.2.3.3. Môi trƣờng nƣớc....................................................................................................24
1.3. Kiểm kê phát thải khí....................................................................................................25
1.3.1. Khái niệm...................................................................................................................25
1.3.2. Một số phƣơng pháp kiểm kê phát thải.....................................................................27

1.3.3. Tình hình nghiên cứu kiểm kê ở một số nƣớc trên thế giới và Việt nam..................27

4



1.3.3.1. Trên thế giới............................................................................................................ 27
1.3.3.2. Ở Việt Nam..............................................................................................................28
Chƣơng 2 ĐỐI TƢỢNG, PHẠM VI VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU....................30
2.1. Đối tƣợng, phạm vi nghiên cứu....................................................................................30
2.2.1. Đối tƣợng nghiên cứu................................................................................................30
2.1.2. Phạm vi nghiên cƣ́ u.................................................................................................. 31
2.2. Nội dung nghiên cứu.....................................................................................................31
2.3. Các phƣơng pháp nghiên cứu....................................................................................... 32
2.3.1. Tham khảo tài liệu......................................................................................................32
2.3.2. Điều tra khảo sát thực địa...........................................................................................33
2.3.3. Phƣơng pháp hệ số phát thải......................................................................................33
Chƣơng 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU.................................................................................35
3.1. Các nguồn phát thải từ công nghiệp luyện kim trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên............35
3.1.1. Danh sách các cơ sở luyện kim trên địa bàn tỉnh.......................................................35
3.1.2. Công nghệ sản xuất và các thông số hoạt động......................................................... 40
3.1.2.1. Các cơ sở luyện kim đen từ quặng.......................................................................... 40
3.1.2.2. Các cơ sở gia công bán thành phẩm kim loại đen...................................................42
3.1.2.3. Các cơ sở sản xuất hợp kim sắt...............................................................................45
3.1.2.4. Các cơ sở luyện kim màu........................................................................................46
3.2. Tính tốn lƣợng phát thải mỗi loại khí thải.................................................................. 49
3.2.1. Tính tốn tải lƣợng dựa vào hệ số phát thải.............................................................. 49
3.2.1.1. Cơ sở tính tốn........................................................................................................ 49
3.2.1.2. Kết quả tính tốn dựa vào hệ số phát thải............................................................... 49
3.2.1.3. So sánh tởng tải lƣợng khí thải phát sinh từ các nhóm ngành luyện kim...............58

3.2.2. Kết quả tính tốn tải lƣợng phát thải ơ nhiễm dựa vào đo đạc thực nghiệm.............59
3.2.2.1. Tải lƣợng khí thải tính theo nồng độ đo đạc một số đơn vị trên địa bàn................60
3.2.2.2. So sánh với kết quả tính tải lƣợng bằng phƣơng pháp hệ số................................. 61
3.3. Bản đờ phân bố khí thải công nghiệp luyện kim trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên..........62
3.3.1. Bản đồ phân bố tải lƣợng TSP...................................................................................63
3.3.2. Bản đồ phân bố tải lƣợng PM 10 và bản đồ phân bố PM 2,5....................................... 63
3.3.3. Bản đồ phân bố tải lƣợng NOx..................................................................................64
3.3.4. Bản đồ phân bố tải lƣợng SO2................................................................................... 64

5


3.3.5. Bản đồ phân bố tải lƣợng CO2...................................................................................64
3.3.6. Bản đồ phân bố tải lƣợng kim loại nặng....................................................................65
3.3.7. Bản đồ phân bố tải lƣợng VOCs................................................................................65
3.4. Dự báo diễn biến khí thải công nghiệp luyện kim trên địa bàn....................................65
3.4.1. Dự báo tải lƣợng phát sinh........................................................................................65
3.4.2. Dự báo phân bố các nguồn thải..................................................................................66
3.5. Các đề xuất quản lý và giảm thiểu tác động của khí thải cơng nghiệp luyện kim trên
địa bàn tỉnh Thái Ngun..............................................................................................69
3.5.1. Hồn thiện tở chức cơ quan quản lý môi trƣờng.......................................................69
3.5.2. Tăng cƣờng năng lực cho các cơ quan quản lý môi trƣờng địa phƣơng..................69
3.5.3. Xây dựng quy chế bảo vệ mơi trƣờng khơng khí......................................................70
3.5.4. Tăng cƣờng năng lực quan trắc mơi trƣờng khơng khí, khí thải cơng nghiệp nói
chung và khí thải luyện kim nói riêng........................................................................70
3.5.5. Tăng cƣờng tài chính, đầu tƣ....................................................................................70
3.5.6. Đẩy mạnh các hoạt động nghiên cứu, đào tạo về mơi trƣờng khơng khí..................70
3.5.7. Tăng cƣờng sự tham gia của cộng đồng....................................................................71
Kết luận................................................................................................................................72
Kiến nghị..............................................................................................................................72

TÀI LIỆU THAM KHẢO....................................................................................................74

6


TƢ̀ VIẾ T TẮ T

DANH MUC

STT

7

Chữ viết tắt

Nghĩa

1

BVMT

Bảo vệ

2

CNLK

Công

3

CP

Cổ ph

4

CSSXKD

Cơ sở

5

Cty

Công

6

DN

Doanh

7

GDP

Tổng t

8

HTX

Hợp tá

9

KCN

Khu c

10

KTXH

Kinh t

11

MTV

Một th

12

NM

Nhà m

13

TNHH

Trách

14

TNMT

Tài ng

15

UBND

Ủy ba


DANH MUC HINH̀ Ả NH
Hình 1. Bản đờ hành chính tỉnh Thái Ngun.........................................................17
Hình 2. Cơ cầu đóng góp của ba khu vực kinh tế trong tởng GDP..........................19
Hình 3. Khí thải từ cać nhà máy trong khu Gang Theṕ ............................................22
Hình 4. Ô nhiễm bụi lơ lửng tại một số khu vực trong đô thị trên địa bàn tỉnh Thái
Nguyên từ 2008 đến 2010.......................................................................................23
Hình 5. Ơ nhiễm bụi lơ lửng tại một số khu vực khai thác khoáng sản và sản xuất
vật liệu xây dựng trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên từ 2008 đến 2010........................24
Hình 6. Tỷ lệ đóng góp phát thải khí của các ngành luyện kim tỉnh Thái Nguyên. .59


DANH MUC BẢ NG

Bảng 1. Sản lƣợng thép ở một số nƣớc trên thế giới................................................3
Bảng 2. Định mức tiêu thụ ngun vật liệu chính cho q trình luyện thép..............6
Bảng 3. Sản lƣợng kim loại màu ở môt số địa phƣơng...........................................12
Bảng 4. Các sản phẩm công nghiệp luyện kim Thái Nguyên..................................14
Bảng 5. Tổng sản phẩm theo giá thực tế trên địa bàn tỉnh.......................................19
Bảng 6. Các cơ sở sản xuất công nghiệp trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên phân theo
một số ngành công nghiệp chủ yếu..........................................................................20
Bảng 7. Các cơ sở luyện kim trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên...................................36
Bảng 8. Công nghệ và công suất các nhà máy trực thuộc Công ty CP Gang thép
Thái Nguyên............................................................................................................41
Bảng 9. Tổng hợp các thông số hoạt động của các cơ sở luyện, cán thép................43
Bảng 10. thông số hoạt động của các đơn vị đúc gang............................................45
Bảng 11. Tải lƣợng một số chất ô nhiễm từ nhà máy Cốc hóa Cơng ty CP Gang
thép Thái Ngun....................................................................................................51
Bảng 12. Tải lƣợng phát thải của nhà máy luyện gang – Công ty CP gang thép Thái
Nguyên....................................................................................................................52
Bảng 13. Tải lƣợng một số khí thải của các cơ sở luyện kim trên địa bàn tỉnh Thái
Ngun....................................................................................................................53
Bảng 14. Tởng tải lƣợng khí thải luyện kim trên địa bàn tỉnh.................................58
Bảng 15. Nồng độ một số chất trong khí thải của Cơng ty TNHH Nasteel Vina.....60
Bảng 16. Tải lƣợng khí thải của nhà máy luyện thép Lƣu Xá................................61
Bảng 17. Thơng số khí thải của xƣởng thiêu kết nhà máy luyện gang Công ty Cổ
phần Gang thép Thái Nguyên..................................................................................61
Bảng 18. Tải lƣợng theo tính theo hai phƣơng pháp tính đối với một số nhà máy. 61
Bảng 19. Dự báo tởng thải lƣợng khí thải cơng nghiệp trên địa bàn tỉnh Thái
Nguyên đến năm 2020.............................................................................................65
Bảng 20. Quy hoạch phát triển các khu công nghiệp đến 2020...............................66
Bảng 21. Quy hoạch phát triển các Cụm công nghiệp đến 2020.............................67

9

MỞ ĐẦU
Phát triển kinh tế xã hội và bảo vệ mơi trƣờng là vấn đề sống cịn của cả nhân
loại. Vấ n đề hà i hò a giƣ̃ a sƣ ̣ phá t triể n kinh tế xã hôi và baỏ

vê ̣ môi trƣờ ng đã trơ

thành mối quan tâm của nhiều các quốc gia trên thế giới , của Việt Nam nói chung
và của tỉnh Thái nguyên noí riêng.
Sớm đƣơc quan tâm phát triển ngành công nghiệp nặng
đăc

,

biêṭ là công

nghiê luyên kim, Thái Nguyên đang dần trở thành một trong những trung tâm kinh
p
tế và văn hoá của khu vực Đông Bắc bộ . Ngƣơc laị , Thái Nguyên cũng đang phải
đố i măṭ vớ i vấ n đề ô nhiêm môi trƣờ ng mà nguyên nhân chính là sƣ ̣ phat́ triên̉
xuất. Trong điều kiên Luật bảo vệ mơi trƣờng (BVMT) chƣa thƣc sƣ ̣ hồn chỉnh ,
các hoạt động sản xuất đã gây nên những bức xúc về mơi trƣờng , nƣớc thải và khí
thải cơng nghiệp không đƣợc xử lý xả thẳng vào nguồn tiếp nhân.
Thơì gian vƣ̀ a qua , trong hơn 10 năm thƣc
nhiê
m

hiê luâṭ BVMT cać vấn đề ô
n

do nƣơć thải và chất thải rắn trên đia baǹ tin̉ h đã cơ bản
đƣơc

nhiên viêc gia i quyế t vấ n đề về ô
̉
nhiêm

giải quyết . Tuy

do khí thải còn rất han chế do công nghê

sản xuất của các cơ sở sản xuất kinh doanh (CSSXKD) lạc hậu, tiêu tốn năng lƣơng,
phát thải nhiều , các CSSXKD thiếu kinh phí đầu tƣ cơng nghệ xử lý . Bên caṇ h đo
nhà quản lý thiếu phƣơng tiện kiểm sốt ơ nhiễm dạng này đã gây nên tình trạng
các CSSXKD trốn tránh trách nhiệm bảo vệ mơi trƣờng khơng khí.
Vớ i lơi thế giaù khoań g san̉ , ngành cơng nghiệp luyện kim là ngành có tiềm
năng phát triển rất lớn nhƣng
nay ngaǹ h
kim cuñ g là mơt trong nhƣñ g
hiên
lun
ngành đóng góp về ơ nhiễm khơng khí trên địa bàn tỉnh . Các cơ sở luyện kim tập
trung phầ n lớ n ở khu vƣc phƣờ ng Cam Giá , Trung Thaǹ h , Hƣơng Sơn củ a t hành
phố Thái Nguyên làm cho khu
vƣc

naỳ trở thaǹ h môt trong nhƣñ g điểm noń g về

môi trƣờng của tỉnh . Các kết quả quan trắc môi trƣờng định ky của sở Tài nguyên

và Môi trƣờng (TNMT) tỉnh tại khu vực này thƣờng xuyên cho thấy n
11

ồng độ ô

san̉


nhiê
m

cao trong không khi,́ ảnh hƣởng rất lớn đến đời sống nhân dân trong vùng.
Theo báo cáo quy hoac̣ h phát triển kinh tế xã hội (KTXH) tỉnh Thái Nguyên

đến năm 2020, ngành công nghiệp luyện kim vẫn là ngành có tỷ trọn g lớn trong nền

12


kinh tế, gia tăng áp lực đối với môi trƣờng khơng khí của tỉnh, nên việc tăng cƣờng
các biện pháp để kiểm sốt ơ nhiễm khí thải là hết sức cấp bách.
Luận văn “Nghiên cứu kiểm kê khí thaỉ trong công nghiêp luyê
n

kim trên

đi ban t ỉnh Thái nguyên và đề xuất các giải pháp giảm thiểu” nhằm hỗ trợ cho
̀
a
cơng tác quản lý mơi trƣờng nói chung và kiểm sốt ơ nhiễm mơi trƣờng khơng khí

nói riêng của tỉnh Thái Nguyên.
* Mục tiêu của luận văn
- Xác định danh sać h , vị trí , đặc thù ơ nhiễm và quy mơ phát thải của các
ng̀n khí thải từ hoạt động luyên kim trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên
- Đánh giá sơ bộ ảnh hƣởng của khí thải luyện kim đến các khu vực trong
tỉnh.
- Xây dựng các đề xuất quản lý và kiểm sốt ơ nhiễm khơng khí trên địa bàn
tỉnh Thái Nguyên.


Chƣơng 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1. Tổng quan về công nghiệp luyên kim
1.1.1. Khái quát về công
nghiêp

luyê
n

kim trên thế giới và Việt nam

Bản chất của công nghiệp luyện kim là tinh luyện ra các kim loại từ quặng
của chúng. Ngành này đƣợc chia làm hai phân ngành: luyện kim đen (sản xuất ra
gang và thép) và luyện kim màu (sản xuất ra các kim loại khơng có sắt)
1.1.1.1. Luyện kim đen
Kim loại đen (ferrous metal) là tên chung cho các hợp kim của sắt với
cacbon, khi hàm lƣợng cacbon nhiều hơn 2,14% đƣợc gọi là gang, nếu nhỏ hơn
2,14% là thép. Để tăng cƣờng các tính chất kỹ thuật của thép, ngƣời ta có thể cho
thêm những nguyên tố kim loại khác nhƣ: mangan, crôm, niken, nhôm, đồng....
Ngành luyện kim đen - sản xuất ra gang và thép là những nguyên liệu cơ bản
cho các ngành cơ khí, chế tạo và xây dựng. Hầu nhƣ tất cả các ngành kinh tế đều sử

dụng sản phẩm của công nghiệp luyện kim đen. Chính vì vậy, kim loại đen chiếm
khoảng 90% tởng khối lƣợng kim loại sản xuất ra trên thế giới.
Trên thế giới đã hình thành các vùng luyện kim đen nổi tiếng nhƣ Uran (LB
Nga), Đông Bắc (Trung Quốc), Hồ Thƣợng và Đông Bắc (Hoa Ky), Rua (CHLB
Đức), Loren (Pháp), Hơcaiđơ (Nhật Bản).... Trung Quốc có sản lƣợng thép đứng
đầu thế giới với sản lƣợng năm khoảng 567,8 triệu tấn.
Bảng 1. Sản lượng thép ở một số nước trên thế giới
STT

Nƣớc

Sản lƣợng (Triệu tấn)

1

Trung Quốc

567,8

2

Nhật Bản

87,5

3

Nga

59,9

4

Mỹ

58,1

5

Ấn Độ

56,6

6

Hàn Quốc

48,6

7

Đức

32,7


STT

Nƣớc

Sản lƣợng (Triệu tấn)

8

Ukraine

29,8

9

Brazil

26,5

10

Thổ Nhĩ Ky

25,3

Ngành luyện kim đen bao gờm nhiều giai đoạn sản xuất phức tạp, địi hỏi một
qui mơ sản xuất lớn, cơ cấu hồn chỉnh. Trong một nhà máy luyện kim đen thƣờng
có nhiều phân xƣởng: luyện cốc, nghiền- thiêu kết quặng, luyện gang, thép, đúc, cán,
dát thép. Ngồi sản phẩm chính là gang và thép, một nhà máy luyện kim đen cịn có
thể thêm các phân xƣởng khác nhằm tận dụng phế thải để sản xuất sản phẩm phụ
nhƣ gạch, xi măng, dƣợc phẩm, benzen, lƣu huynh, amoniac, hyđrơ, mêtan, êtylen
từ xỉ và khí hơi thải.
Một số loại hình cơng nghệ sản xuất của luyện kim đen:
* Luyện gang từ quặng
Gang là sản phẩm đầu tiên của q trình nấu luyện quặng sắt trong lị cao.

Ngồi Fe và C, gang thƣờng đƣợc bở sung thêm Mn, Si và cả những tạp chất có hại
nhƣ S và P. Hơn 80% sản lƣợng gang đƣợc dùng để luyện thép, phần còn lại dành
cho đúc bệ máy và sản xuất một số chi tiết máy.
- Nguyên liệu cho luyện gang
Nguyên liệu chính để luyện gang là quặng sắt hematit (Fe 2O3) và manhetit
(Fe3O4), kích cỡ từ 50-80mm. Để tận dụng các quặng có kích thƣớc nhỏ hoặc quặng
có hàm lƣợng sắt thấp, các nhà máy sản xuất gang thép thƣờng thiêu kết quặng

để

nâng hàm lƣợng sắt và tạo khối quặng có kích thƣớc hợp chuẩn [4]
Trữ lƣợng quặng sắt của thế giới ƣớc tính vào khoảng 800 tỷ tấn, trong đó
riêng Liên bang Nga và Ucraina chiếm 1/3, còn các nƣớc đang phát triển (Trung
Quốc, Ấn Độ, Braxin, Nam Phi...) khoảng 40%. Một số nƣớc phát triển có trữ lƣợng
lớn về quặng sắt là Ôxtrâylia (trên 10% trữ lƣợng), Canađa (gần 5%), Hoa Ky (gần
4%).


Để sản xuất ra đƣợc 1 tấn gang cần phải sử dụng 1,7- 1,8 tấn quặng sắt (tùy
theo hàm lƣợng sắt trong quặng). Hàng năm toàn thế giới khai thác trên dƣới 1 tỷ tấn
quặng sắt. Các nƣớc khai thác nhiều nhất cũng là các nƣớc có trữ lƣợng lớn nhƣ
Trung Quốc, Braxin, Ôxtrâylia, Nga, Ấn Độ, Ucraina, Hoa Ky, Nam Phi, Canađa,
Thuỵ Điển. Năm 2002, mƣời nƣớc trên đã khai thác tới 92% sản lƣợng quặng sắt
toàn cầu.
- Nguyên lý cơng nghệ
Ngƣời ta sử dụng lị cao để luyện gang. Quặng sắt (nguyên khai hoặc quặng
thiêu kết), than cốc, đá vơi có kích thƣớc hợp chuẩn đƣợc đƣa vào xếp thành từng
lớp trong lị và gia nhiệt bằng khí nóng 1100 oC. Các phản ứng xảy ra trong lị cao
nhƣ sau:
Than cốc bị ơ xi hóa

C + O2 -> CO2
C + CO2 -> 2CO
Cacbon monoxit khử oxit sắt:
3CO + Fe2O3-> 3CO2 + 2Fe
Đá vôi phân hủy thành CaO rồi hóa hợp với một số tạp chất có lẫn trong
quặng nhƣ SiO2 tạo thành xỉ. Xỉ nhẹ nên nổi lên trên và đƣa ra ngồi khỏi cửa lị:
CaO + SiO2 -> CaSiO3
Khí đƣợc tạo ra trong lị thốt ra ở phía trên gần miệng lị.
* Luyện thép
- Ngun liệu
Thực chất quá trình luyện thép là khử cácbon trong gang lỏng xuống dƣới 2%
(thƣờng có thể thêm thép vụn phế liệu để giảm lƣợng gang lỏng tiêu thụ). Để tăng
chất lƣợng của thép, có thể sử dụng một số kim loại nhƣ Mn, Cr, Ti, V...
- Nguyên lý công nghệ
Sau khi nạp gang và sắt thép phế, chất trợ dung vào lị và gia nhiệt đến
1700oC, khí oxi và Fe2O3 oxi hoá các tạp chất trong gang và các tạp chất có trong
thép phế (chiếm khoảng 5% khối lƣợng thép phế bao gồm chủ yếu là đất cát, gỉ sắt,


nhựa, nilon, sơn, gỗ, cao su, giấy bìa, …[7]) thành các sản phẩm vô cơ nhƣ CO 2,
SO2, NOx, …
Bảng 2. Định mức tiêu thụ nguyên vật liệu chính cho q trình luyện thép[4]
TT

Hạng mục

Đơn vị tính

Trị số

1

Nƣớc gang

kg/tsp

1000

2

Thép phế

kg/tsp

100

3

Gang múi

kg/tsp

40

4

Vơi hoạt tính

kg/tsp

70

5

Huynh thạch

kg/tsp

4

6

Đơ lơ mít nung nhẹ

kg/tsp

20

7

Fe-Si

kg/tsp

6

8

Mn-Si

kg/tsp

5

9

Fe-Mn

kg/tsp

11

10

Ơ xy

m3/tsp

70

Các phản ứng xảy ra trong q trình luyện thép bao gờm:
Các tạp chất trong thép phế + O2 = tro + CO2 + SO2 + NOx
Phản ứng trong lò trộn gang lỏng khi phun khí than vào để giữ nhiệt:
CO + O2 = CO2
Các hợp chất hữu cơ trong khí than + O2 = CO + CO2 + SO2 + NOx
Các phản ứng tạo thép:
Trƣớc hết, silic và mangan bị oxi hoá:
Si + O2 = SiO2
2Mn + O2 = 2MnO
Tiếp đến C trong gang bị oxi hoá thành CO:

Fe2O3+ 3C = 2Fe + 3CO
2C + O2 = 2CO


Lƣu huynh cũng bị ơxi hố thành khí SO2:
S + O2 = SO2
Sau đó photpho bị ơxi hố thành anhidrit photphoric:
4P + 5O2 = 2P2O5
Sau khi các tạp chất trong gang và thép phế bị ơxi hố hết, sẽ có một phần
sắt bị ơxi hố:
2Fe + O2 = 2FeO
Lúc này ngừng nén khí vào lị. Trƣớc khi kết thúc q trình luyện gang
thành thép, cho thêm vào lị một lƣợng gang giầu mangan nhằm các mục đích:
Mn là chất khử mạnh hơn Fe, sẽ khử ion sắt trong FeO thành sắt:
FeO + Mn = Fe + MnO
Gia tăng một lƣợng nhất định cácbon trong sắt nóng chảy để loại thép có
hàm lƣợng các bon nhƣ ý muốn.
Phản ứng tạo xỉ
Ở nhiệt độ cao, những ôxit axit nhƣ SiO2, P2O5 tác dụng với ôxit bazơ nhƣ
CaO tạo xỉ silicát, photphat. Xỉ có tỉ khối nhỏ hơn thép, nởi lên trên thép:
3CaO + P2O5 = Ca3(PO4)2
CaO + SiO2 = CaSiO3
* Gia công thép
Để biến đổi cấu trúc của thép và làm tốt hơn các tính chất của thép theo nhu
cầu sử dụng, ngƣời ta có thể áp dụng một số biện pháp nhƣ gia công nhiệt và gia
công cơ học.
- Gia công nhiệt là biện pháp phổ biến, gồm các phƣơng pháp ủ, thƣờng hố,
tơi và ram.
Ủ và thƣờng hố là nhằm giảm độ cứng của thép (làm mềm), tăng độ dẻo để
dập, cán, kéo nguội, làm đồng đều trên tiết diện thép chuẩn bị cho công tác gia công

nhiệt cuối cùng. Ủ là nung nóng thép đến nhiệt độ nhất định, giữ ở nhiệt độ đó một


thời gian, rời làm nguội. Thép sau khi ủ có độ bền và độ cứng thấp nhất, độ dẻo và
độ dai cao. Thƣờng hố là phƣơng pháp nung nóng thép lên đến nhiệt độ cao hơn
nhiệt độ ủ, giữ nhiệt rời sau đó làm nguội trong khơng khí, nhờ đó thép có độ bền,
độ cứng cao hơn đơi chút so với trạng thái ủ. Tơi thép là nung nóng thép lên quá
nhiệt độ tới hạn rồi giữ nhiệt một thời gian, sau đó làm nguội đột ngột, kết quả là
thép khó biến dạng dẻo và có độ cứng cao. Ram là q trình cần thiết và bắt buộc
sau khi tơi. Thép sau khi tơi có tính giịn, dễ gãy, có độ cứng cao, vì vậy ram thép
nhằm mục đích tạo ra cho thép có các tính chất cơ học (độ cứng, độ bền, độ dẻo)
thích hợp với điều kiện sử dụng cần thiết. Ngoài ra ram thép ở nhiệt độ cao cịn để
làm mềm thép giúp cho việc gia cơng cắt gọt đƣợc dễ dàng, tạo đƣợc độ nhẵn bóng
cao khi cắt gọt.
- Gia công cơ học
Gia công cơ học thép là nằm cải thiện cấu tạo và tính chất của thép để khắc
phục những nhƣợc điểm khi luyện và tạo hình dạng mới. Có hai phƣơng pháp cơ
học: gia cơng nguội và gia cơng nóng. Gia cơng nguội là gia công thép ở nhiệt độ
thƣờng nhằm tạo ra biến hình dẻo để nâng cao tính cơ học (tăng cƣờng độ, độ cứng,
nhƣng lại làm giảm độ dẻo). Gia công nguội gờm có kéo, rèn dập, cán nguội, vuốt.
Các sản phẩm thép nhƣ dây, sợi kim loại hầu hết đƣợc qua kéo nguội, dập nguội.
Một hình thức gia cơng khác là cán nguội. Thép sau khi cán nguội, ở mặt ngồi có
những vết lời lõm theo quy luật. So với kéo, thép cán nguội có nhiều
Đối với dây thép nhỏ (đƣờng kính 5 ÷ 10 mm) ngƣời ta dùng phƣơng pháp
vuốt. Trong phƣơng pháp này, dây thép đƣợc kéo qua một lỗ có đƣờng kính nhỏ hơn
dây thép. Mỗi lần vuốt giảm khoảng 10% tiết diện dây. Số lần vuốt phụ thuộc vào
yêu cầu sử dụng, nhƣng để đảm bảo tính dẻo và dai, thì sau lần vuốt thứ 4, 5 phải ủ
thép một lần. Dây thép vuốt nguội có thể dùng làm cốt thép trong bê tông dự ứng
lực, làm dây cáp v.v... Gia công nguội là một biện pháp tiết kiệm kim loại.
Gia cơng (rèn, cán) nóng (biến dạng nóng) là hình thức làm kim loại biến

dạng ở trạng thái nóng...Đối với thép các biến dạng ở nhiệt độ trên 650-700oC là


biến dạng nóng, nhƣng để đảm bảo đủ độ dẻo cần thiết, thƣờng biến dạng đƣợc thực
hiện ở nhiệt độ cao hơn nhiều.
Cán là phƣơng pháp gia cơng ép nóng qua máy. Do cán liên tục nhiều lần
mặt cắt của thép dần dần đƣợc cải biến đúng với hình dạng và kích thƣớc u cầu.
Các loại thép hình dùng trong xây dựng đƣợc chế tạo bằng phƣơng pháp cán.
Rèn là phƣơng pháp gia nhiệt đến trạng thái dẻo cao, dùng búa đập thành cấu
kiện có hình dạng nhất định. Rèn có thể thực hiện bằng tay hoặc bằng máy. Thép
cán và rèn có cấu tạo tƣơng đối tốt và tính năng cơ học cao.
1.1.1.2. Luyện kim màu
Kim loại màu là những kim loại khơng có sắt (nhƣ đờng, nhơm, thiếc, chì,
kẽm, vàng...), và đƣợc phân thành 4 nhóm chính là kim loại màu cơ bản, kim loại
màu hợp kim, kim loại màu quý và kim loại màu hiếm.
Hàm lƣợng các kim loại màu ở trong quặng rất thấp, hiếm khi vƣợt quá 5%,
trung bình khoảng 1- 3%, trong nhiều trƣờng hợp, hàm lƣợng chỉ ở mức vài phần
nghìn, do vậy muốn có 1 tấn kim loại địi hỏi ít nhất 20 tấn, trung bình là 50- 100 tấn
quặng hoặc lớn hơn. Chính vì vậy, quặng kim loại màu phải đƣợc làm giàu (tuyển
quặng) sau khi khai thác để gia công sau này.
Nguyên liệu của ngành luyện kim màu là quặng kim loại ở dạng đa kim. Nó
có thể dùng làm ngun liệu để sản xuất khơng chỉ một, mà có thể hàng loạt kim loại
màu.
Những nƣớc sản xuất kim loại màu nhiều nhất thế giới đều là những nƣớc
công nghiệp phát triển vì việc tinh luyện u cầu cơng nghệ cao, vốn đầu tƣ lớn,
nguồn năng lƣợng dồi dào.
Một số loại hình sản xuất kim loại màu phở biến nhƣ sau:
* Sản xuất nhôm
Nhôm là kim loại màu quan trọng đƣợc sử dụng rộng rãi trong các ngành kỹ
thuật, dịch vụ và trong sinh hoạt. Nhôm nhẹ, dẻo, gia công dễ dàng bằng áp lực, cắt

hay hàn. Nhơm có khả năng nấu luyện tốt ở nhiệt độ 660°C. Nhôm nguyên chất ít
khi đƣợc sử dụng vì độ bền cơ học thấp, nhƣng khi kết hợp với các kim loại màu


khác (nhƣ với đồng, magiê, mangan...) để tạo ra hợp kim thì độ bền cơ học tƣơng
đối lớn.
Hợp kim nhơm quan trọng nhất là đuyra, gồm chủ yếu là nhôm kết hợp với 34% Cu, 0,5% Mg và 0,5% Mn. Hợp kim này nhẹ, độ bền gần với thép. Đuyra đƣợc
dùng rộng rãi trong công nghiệp máy bay và ô tơ, điện kỹ thuật và các ngành chế tạo
máy móc khác. Nhôm và các hợp kim của nhôm đƣợc sử dụng ngày một rộng rãi
hơn trong ngành xây dựng.
Hợp kim giữa nhơm với silic cũng có cơng dụng khá lớn. Hợp kim này chứa
dƣới 13% silic có đặc điểm là bền, dai, chống ăn mòn và đƣợc dùng rộng rãi trong
ngành chế tạo máy, làm các hợp kim đúc. Khả năng ơxi hố yếu, tính chất vơ hại của
nhơm đối với sức khoẻ con ngƣời đã mở ra những khả năng to lớn để sử dụng nó
trong việc chế tạo máy móc, thiết bị dùng cho cơng nghiệp thực phẩm.
Sản lƣợng nhôm hàng năm của thế giới dao động trong khoảng 25- 26 triệu
tấn (năm 2000: 24,5 triệu tấn, 2001: 24,8 triệu tấn, 2002: 25,4 triệu tấn, 2003: 26
triệu tấn). Các nƣớc có sản lƣợng nhơm lớn nhất là Trung Quốc, liên bang Nga, Hoa
Ky, Canada, Ôxtrâylia, Braxin...
+ Sản xuất đờng
Đờng là kim loại có màu đỏ hờng với đặc tính là mềm, dẻo, dai, dễ gia cơng
và cán thành những lá mỏng, những sợi dây nhỏ, mảnh. Đờng nóng chảy ở nhiệt độ
1.085°C.
Đờng có khả năng dẫn điện cao nên đƣợc sử dụng rộng rãi trong các ngành
kỹ thuật điện để sản xuất dây điện, các chi tiết trong dụng cụ điện, máy phát điện...
Đờng có thể kết hợp với các kim loại khác (nhƣ kẽm, nhôm, niken, thiếc...) để tạo ra
các hợp kim đồng với những phẩm chất cơ học cao hơn so với đồng nguyên chất.
Hợp kim phổ biến nhất của đồng là đồng thau, hợp kim giữa đờng và kẽm.
Một số loại đờng thau có độ bền gần bằng thép đƣợc sử dụng để sản xuất ra nhiều
loại sản phẩm quan trọng.

Sản lƣợng đồng hàng năm của thế giới khoảng 15 triệu tấn đồng sạch.
Phƣơng pháp luyện đờng phở biến là nhiệt luyện. Các nƣớc có sản lƣợng đồng hàng


đầu thế giới là Chi Lê, Hoa Ky, Inđơnêxia, Ơxtrâylia, Pêru, liên bang Nga, Canađa,
Trung Quốc...
Ngày nay, do sự phát triển mạnh mẽ của ngành bƣu chính viễn thơng và điện
tử- tin học, nhu cầu tiêu thụ đồng trên thế giới ngày càng tăng nhanh.
+ Khai thác vàng
Vàng thuộc nhóm kim loại màu q, có màu vàng ánh kim, mềm, dễ gia cơng,
dát mỏng, kéo thành sợi. Vàng có tỷ trọng nặng, nhiệt độ nóng chảy 1.064°C. Trong
thiên nhiên, vàng hầu nhƣ ở thể tinh khiết.
Từ hàng ngàn năm trƣớc, vàng đƣợc sử dụng làm đờ trang sức. Vàng cịn
dùng để trang trí nội thất, cung điện, tháp chng, mạ các vật dụng đắt tiền (khuy áo,
bộ đồ ăn...), dụng cụ thí nghiệm. Vàng có giá trị tích luỹ của cải, để làm vật trao đởi,
thanh tốn các hợp đờng mua bán. Dự trữ vàng có ý nghĩa lớn đối với ngân khố của
mỗi quốc gia.
Hàng năm, thế giới khai thác đƣợc khoảng 2,5 tấn vàng, đứng đầu là Hoa Ky,
Ôxtrâylia, Udơbêkixtan, Canađa, Trung Quốc, Nam Phi, Liên bang Nga, Braxin...
1.1.2. Công nghiêp luyê
n
1.1.2.1. Công
nghiêp

luyê
n

kim Việt Nam và tỉnh Thái Nguyên
kim Việt Nam

+ Về luyện kim đen
Ngành thép Việt Nam đƣợc xây dựng từ đầu những năm 60 của thế kỷ trƣớc.
Khu liên hợp gang thép Thái Nguyên cho ra lò mẻ gang đầu tiên vào năm 1963.
Song do chiến tranh và khó khăn nhiều mặt, 15 năm sau, Khu liên hợp gang thép
Thái Nguyên mới có sản phẩm thép cán. Năm 1975, nhà máy luyện cán thép Gia
Sàng do Đức giúp đã đi vào sản xuất. Công suất thiết kế của cả Khu liên hợp gang
thép Thái Nguyên lên đến 10 vạn tấn/năm.
Thời ky 1996-2000, ngành thép đã xây dựng và đƣa vào hoạt động 13 dự án
liên doanh, trong đó có 12 nhà máy liên doanh cán thép và gia công chế biến sau
cán. Sản lƣợng thép cán cả nƣớc năm 2000 đã đạt 1,57 triệu tấn, gấp hơn 3 lần năm
1995 và gấp gần 14 lần năm 1990. Đây là thời ky có tốc độ tăng sản lƣợng mạnh
nhất. Hiện nay, lực lƣợng tham gia sản xuất và gia công chế biến thép trong nƣớc


rất đa dạng, bao gồm nhiều thành phấn kinh tế, ngồi Tởng Cơng ty thép Việt Nam
và các cơ sở quốc doanh thuộc các ngành, địa phƣơng khác cịn có các liên doanh,
các Công ty cổ phần, Công ty 100% vốn nƣớc ngồi và các Cơng ty tƣ nhân. Tính
tới năm 2001, nƣớc ta có khoảng 50 DN sản xuất thép xây dựng (chỉ tính DN cơng
suất >5000 tấn/năm) trong đó có 12 dây chuyền cán có cơng suất từ 100.000 đến
300.000 tấn/năm.
Đến nay, sau 10 năm đổi mới và tăng trƣởng, ngành thép Việt Nam đã có
cơng suất luyện thép lị điện 500.000 tấn/năm, cơng suất cán thép kể cả các đơn vị
ngồi Tởng Cơng ty thép Việt Nam tới 2,6 triệu tấn/năm và gia công sau cán trên
500.000 tấn/năm.
Ngành thép Việt Nam hiện nay có năng lực sản xuất thực tế khoảng 2,6 triệu
tấn thép cán mỗi năm (thép xây dựng); 0,5 - 0,6 triệu tấn phôi thép bằng lị điện
(phơi thép vng và cả thỏi đúc cỡ nhỏ).
Về luyện kim màu
Luyện kim màu ở Việt Nam cũng khá phát triển. Ở nơi nào có mỏ kim loại
thì nơi đó có luyện kim. Sản phẩm luyện kim màu của Việt Nam khá đa dạng gờm

đờng, chì, kẽm, mangan, vàng bạc...tập trung nhiều ở Đồng Nai, Bà Rịa Vũng Tàu,
Quảng Nam, Quảng Ngãi, Hà Tĩnh, Thanh Hóa, Hải Phịng, Hải Dƣơng, Thái
Nguyên, Lào Cai, Tuyên Quang, Bắc Kạn, Cao Bằng…
Bảng 3. Sản lượng kim loại màu ở môt số địa phương
Kim loại Địa phƣơng
Đờng

Đà Nẵng

Năng suất
65.000 tấn/năm

Kẽm, chì Bắc Kạn

20.000 tấn chì/năm và 10.000 tấn kẽm/năm

Mangan Cao Bằng

56 tấn/ngày

Titan

Thái Nguyên 20.000 tấn xỉ titan/năm và 10.000 tấn gang hợp kim/năm
1.1.2.2. Công
nghiêp

luyê
n

kim ở Thái Nguyên [15]

Thái Nguyên nằm trong vùng sinh khống Đơng Bắc Việt Nam, thuộc vành
đai sinh khống Thái Bình Dƣơng. Hiện đã phát hiện 217 điểm quặng và mỏ


khống sản với hơn 30 loại hình khống sản khác nhau phân bố tập trung ở các
huyện Đại Từ, Phú Lƣơng, Đờng Hỷ, Võ Nhai…
Về khống sản kim loại phục vụ luyện kim của tỉnh Thái Nguyên bao gồm
Các kim loại đen nhƣ sắt, mangan, titan và kim loại màu nhƣ chì, kẽm, đờng, niken,
nhơm, thiếc, vonfram, altimon, thuỷ ngân, vàng. Khoáng sản kim loại là một trong
những ƣu thế của Thái Nguyên không chỉ so với các tỉnh trong vùng mà cịn có ý
nghĩa đối với cả nƣớc.
- Quặng sắt: trữ lƣợng khoảng gần 34,6 triệu tấn với hàm lƣợng Fe 58,8- 61,8%,
đƣợc xếp vào loại chất lƣợng tốt.
- Quặng ti-tan gốc: Là mỏ duy nhất ở Việt Nam đƣợc phát hiện tính đến thời điểm
hiện nay với trữ lƣợng trên 1 triệu tấn (tởng trữ lƣợng cịn lại đạt xấp xỉ 54,4 triệu
tấn).
- Quặng mangan - sắt có hàm lƣợng Mn+Fe khoảng 40-60%, trữ lƣợng thăm dò
khoảng 5 triệu tấn.
- Quặng thiếc, vonfram: Đây là các loại khoáng sản có tiềm năng ở Thái Ngun,
tởng trữ lƣợng SnO2 cịn lại của cả ba mỏ chính là 16.648 tấn. Quặng vonfram đa
kim có trữ lƣợng trên 100 triệu tấn, thuộc loại mỏ lớn của thế giới. Riêng mỏ
vonfram ở khu vực Đá Liền đƣợc đánh giá là mỏ có quy mơ lớn với trữ lƣợng
khoảng 227.584 tấn.
- Chì, kẽm: Tởng trữ lƣợng chì, kẽm cịn lại ƣớc khoảng 27,2 triệu tấn, hàm lƣợng
chì kẽm trong quặng đạt từ 8% đến 30%.
Ngoài ra, trên địa bàn tỉnh ở nhiều nơi cịn tìm thấy vàng, bạc, đờng, niken,
thuỷ ngân, trữ lƣợng các loại này tuy khơng lớn nhƣng có ý nghĩa về mặt kinh tế.
Với lợi thế giàu khoáng sản, Thái Ngun có ngành cơng nghiệp luyện kim
đƣợc phát triển khá sớm. Từ những năm 60, với sự giúp đỡ của nƣớc bạn Trung

Quốc, Đảng và Chính phủ đã chủ trƣơng đầu tƣ xây dựng nhà máy Gang thép tại
Thái Nguyên, mở đầu cho giai đoạn phát triển công nghiệp nặng của miền Bắc xã
hội chủ nghĩa.


Qua hơn 50 năm phát triển, ngành luyện kim vẫn luôn đƣợc xác định là một
trong những khâu đột phá của Thái Nguyên. Báo cáo quy hoạch phát triển KTXH
đến năm 2020 đã xác định duy trì tốc độ tăng trƣởng bình quân của ngành ở mức
trên 21% giai đoạn 2006-2010 và 14-15%/năm giai đoạn 2011-2020. Đảm bảo tỷ
trọng công nghiệp luyện kim chiếm trên 40% giá trị sản xuất cơng nghiệp tồn tỉnh
vào năm 2010 (đạt trên 5.900 tỷ đồng theo giá so sánh 1994); giá trị sản xuất ngành
năm 2020 đạt trên 22,9 nghìn tỷ đờng.
Bảng 4. Các sản phẩm công nghiệp luyện kim Thái Nguyên [10]
Sản phẩm
Sản phẩm thép cán kéo
Sản phẩm thiếc thỏi

ĐVT

Lƣợng sản phẩm từng năm
2005

2006

2007

2008

2009

1000 T

564,8

586,5

696,9

708,4

881,8

Tấn

655

543

1,058

914

1.294,5

1.1.3. Các yếu tố gây ơ nhiễm khơng khí trong hoạt động luyện kim
Công nghiệp luyện kim là một trong những ngành có mức độ tác động mơi
trƣờng cao nhất do khối lƣợng chất thải rắn lỏng và đặc biệt là chất thải khí có khối
lƣợng lớn.
1.1.3.1. Bụi
Trong cơng nghiệp luyện kim bụi phát sinh ở hầu hết các công đoạn từ vận

chuyển tập kết nguyên vật liệu cho đến các khâu chế biến nấu luyện. Lƣợng bụi sinh
ra trong hoạt động luyện kim là rất lớn, khoảng 6,3kg/tấn thép, 3,85kg/tấn kẽm kim
loại [19], [20]. Đơn cử là lƣợng bụi thu đƣợc tại Nhà máy luyện gang Công ty CP
Gang thép Thái Nguyên khoảng 40-50 tấn/tháng [5,6], nồng độ bụi trong khí thải
nhà máy luyện thép đạt khoảng 30-40mg/m3.
Bụi phát sinh từ công nghiệp luyện kim chứa kim loại nặng. Tại Công ty CP
Gang thép Thái nguyên, bụi thải của Nhà máy luyện gang và luyện thép có hàm
lƣợng Cadmi đạt đến hơn 800mg/kg, chì đạt đến 21.000mg/kg và kẽm đạt đến hơn
24.000mg/kg (số liệu đo đạc thực tế).