NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG TRO BAY LÀM CHẤT ĐỘN GIA CƯỜNG CHO VẬT LIỆU CAO SU VÀ CAO SU BLEND. LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ VIỆT NAM VIỆN HỐ HỌC LƢƠNG NHƢ HẢI NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG TRO BAY LÀM CHẤT ĐỘN GIA CƢỜNG CHO VẬT LIỆU CAO SU VÀ CAO SU BLEND LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC Hà Nội - 2015 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM VIỆN HOÁ HỌC LƢƠNG NHƢ HẢI NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG TRO BAY LÀM CHẤT ĐỘN GIA CƢỜNG CHO VẬT LIỆU CAO SU VÀ CAO SU BLEND Chuyên ngành: Hóa Hữu Mã số: 62.44.27.01 LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS TS Đỗ Quang Kháng PGS TS Ngô Kế Thế Hà Nội - 2015 MỞ ĐẦU Tro bay (fly ash - FA) hạt tro nhỏ bị theo khí từ ống khói nhà máy nhiệt điện đốt nhiên liệu than Loại phế thải không thu gom, tận dụng không lãng phí lớn mà cịn hiểm họa môi trường-nhất thời kỳ phát triển mạnh mẽ ngành cơng nghiệp Chính vậy, việc nghiên cứu, xử lý, tận dụng tro bay lĩnh vực kinh tế, kỹ thuật nhà khoa học, công nghệ ngồi nước quan tâm đặc biệt Tro bay ứng dụng nhiều lĩnh vực đời sống kỹ thuật, ứng dụng tro bay chia thành ba nhóm: ứng dụng cơng nghệ thấp, ứng dụng cơng nghệ trung bình ứng dụng cơng nghệ cao Các ứng dụng công nghệ thấp sử dụng tro bay san lấp, làm đê kè, vỉa hè đường, ổn định lớp móng, cải tạo đất, Các ứng dụng cơng nghệ trung bình sử dụng tro bay xi măng, cốt liệu nhẹ, loại bê tông đúc sẵn/bê tông đầm lăn, gạch, đá ốp lát,… Các ứng dụng công nghệ cao liên quan đến việc sử dụng tro bay làm nguyên liệu để thu hồi kim loại, chất độn cho compozit kim loại, compozit polyme làm chất độn cho số ứng dụng khác Tro bay có thành phần hóa học SiO2 với ưu điểm tỷ trọng thấp, tính chất học cao, bền nhiệt, chống co ngót kích thước, tro bay chất độn gia cường có hiệu cho vật liệu cao su chất dẻo Tro bay thay chất độn gia cường truyền thống canxi cacbonat, oxit silic,… phối hợp với than đen hợp phần cao su Việc sử dụng tro bay làm chất chất độn gia cường cho cao su góp phần giảm giá thành sản phẩm (vì tro bay có giá thấp) mà đảm bảo tính chất vật liệu Tuy nhiên để tăng khả tương tác tro bay với cao su, người ta thường phải xử lý, biến tính bề mặt tro bay Trong trường hợp này, polyme hay cao su gia cường cần phải lựa chọn hợp chất silan cho phù hợp để thực q trình biến tính bề mặt tro bay Ở nước ta công trình nghiên cứu sử dụng tro bay lĩnh vực cao su chưa quan tâm Trong đó, Việt Nam nước sản xuất chế biến cao su thiên nhiên (CSTN) lớn giới Chính vậy, đề tài “Nghiên cứu ứng dụng tro bay làm chất độn gia cường cho vật liệu cao su cao su blend” chọn làm chủ đề cho luận án tiến sỹ Mục tiêu nghiên cứu luận án “Đánh giá khả gia cường tro bay Phả Lại tới tính chất vật liệu cao su thiên nhiên (CSTN) blend chúng để từ định hướng cho việc ứng dụng tro bay ngành công nghiệp gia công cao su” Để thực mục tiêu trên, luận án thực nội dung nghiên cứu chủ yếu sau: - Nghiên cứu xử lý bề mặt tro bay hợp chất silan khác nhau, - Nghiên cứu khả gia cường tro bay (không biến tính) cho cao su thiên nhiên, - Nghiên cứu khả gia cường tro bay (không biến tính) cho số cao su blend sở CSTN, - Nghiên cứu ứng dụng vật liệu cao su gia cường tro bay để chế tạo sản phẩm ứng dụng thực tế Chƣơng 1: TỔNG QUAN 1.1 Khái niệm phân loại tro bay Trong nhà máy nhiệt điện, sau trình đốt cháy nhiên liệu than đá phần phế thải rắn tồn hai dạng: phần xỉ thu từ đáy lò phần tro gồm hạt mịn bay theo khí ống khói thu hồi hệ thống thu gom nhà máy nhiệt điện Trước châu Âu Vương quốc Anh phần tro thường cho tro nhiên liệu đốt nghiền mịn [1] Nhưng Mỹ, loại tro gọi tro bay với khí ống khói “bay” vào khơng khí Và thuật ngữ tro bay (fly ash) dùng phổ biến giới để phần thải rắn khí ống khói nhà máy nhiệt điện Ở số nước, tùy vào mục đích sử dụng mà người ta phân loại tro bay theo loại khác Theo tiêu chuẩn DBJ08-230-98 thành phố Thượng Hải, Trung Quốc, tro bay phân làm hai loại [2] tro bay có hàm lượng canxi thấp tro bay có hàm lượng canxi cao Tro bay có chứa hàm lượng canxi 8% cao (hoặc CaO tự 1%) loại tro bay có hàm lượng canxi cao Do đó, CaO tro bay CaO tự sử dụng để phân biệt tro bay có hàm lượng canxi cao với tro bay hàm lượng canxi thấp Theo cách phân biệt tro bay có hàm lượng canxi cao có màu vàng tro bay có hàm lượng canxi thấp có màu xám Theo cách phân loại Canada, tro bay chia làm ba loại [3]:  Loại F: Hàm lượng CaO 8%  Loại CI: Hàm lượng CaO lớn 8% 20%  Loại C: Hàm lượng CaO lớn 20% Trên giới nay, thường phân loại tro bay theo tiêu chuẩn ASTM C618 Theo cách phân loại phụ thuộc vào thành phần hợp chất mà tro bay phân làm hai loại loại C loại F [4] Bảng 1.1: Tiêu chuẩn tro bay theo ASTM C618 Các yêu cầu theo tiêu chuẩn Đơn Lớn Nhóm Nhóm ASTM C618 vị /nhỏ F C Yêu cầu hóa học SiO2 + Al2O3 + Fe2O3 % nhỏ 70 50 SO3 % lớn 5 Hàm lượng ẩm % lớn 3 Hàm lượng nung % lớn 5 Yêu cầu hóa học không bắt buộc Chất kiềm % 1,5 1,5 Yêu cầu vật lý Độ mịn (+325) % lớn 34 34 Hoạt tính pozzolanic so với xi măng (7 % nhỏ 75 75 ngày) Hoạt tính pozzolanic so với xi măng % nhỏ 75 75 (28 ngày) Lượng nước yêu cầu % lớn 105 105 Độ nở nồi hấp % lớn 0,8 0,8 Yêu cầu độ đồng tỷ trọng % lớn 5 Yêu cầu độ đồng độ mịn % lớn 5 Phân loại theo tiêu chuẩn ASTM:  Tro bay loại F tổng hàm lượng (SiO2 + Al2O3 + Fe2O3) lớn 70%  Tro bay loại C tổng hàm lượng (SiO2 + Al2O3 + Fe2O3) nhỏ 70% 1.2 Các đặc trƣng tro bay 1.2.1 Thành phần hóa học tro bay Tro nhà máy nhiệt điện gồm chủ yếu sản phẩm tạo thành từ trình phân hủy biến đổi chất khống có than đá [5] Thơng thường, tro đáy lị chiếm khoảng 25% tro bay chiếm khoảng 75% tổng lượng tro thải Hầu hết loại tro bay hợp chất silicat bao gồm oxit kim loại SiO2, Al2O3, Fe2O3, TiO2, MgO, CaO,… với hàm lượng than chưa cháy chiếm phần nhỏ so với tổng hàm lượng tro, ngồi cịn có số kim loại nặng Cd, Ba, Pb, Cu, Zn, Thành phần hóa học tro bay phụ thuộc vào nguồn nguyên liệu than đá sử dụng để đốt điều kiện đốt cháy nhà máy nhiệt điện Bảng 1.2: Thành phần hóa học tro bay theo vùng miền [6] Khoảng (% khối lượng) Thành phần Châu Âu Mỹ Trung Quốc Ấn Độ Australia SiO2 28,5-59,7 37,8-58,5 35,6-57,2 50,2-59,7 48,8-66,0 Al2O3 12,5-35,6 19,1-28,6 18,8-55,0 14,0-32,4 17,0-27,8 Fe2O3 2,6-21,2 6,8-25,5 2,3-19,3 2,7-14,4 1,1-13,9 CaO 0,5-28,9 1,4-22,4 1,1-7,0 0,6-2,6 2,9-5,3 MgO 0,6-3,8 0,7-4,8 0,7-4,8 0,1-2,1 0,3-2,0 Na2O 0,1-1,9 0,3-1,8 0,6-1,3 0,5-1,2 0,2-1,3 K2O 0,4-4,0 0,9-2,6 0,8-0,9 0,8-4,7 1,1-2,9 P2O5 0,1-1,7 0,1-0,3 1,1-1,5 0,1-0,6 0,2-3,9 TiO2 0,5-2,6 1,1-1,6 0,2-0,7 1,0-2,7 1,3-3,7 MnO 0,03-0,2 - - 0,5-1,4 - SO3 0,1–12,7 0,1–2,1 1,0–2,9 - 0,1–0,6 MKN 0,8–32,8 0,2–11,0 - 0,5-5,0 - Tùy thuộc vào loại nhiên liệu mà thành phần hóa học tro bay thu khác Các nhà khoa học Ba Lan tiến hành nghiên cứu thành phần hóa học tro bay với hai nguồn nguyên liệu sử dụng nhà máy nhiệt điện nước than nâu than đen [7]: Bảng 1.3: Thành phần hóa học tro bay Ba Lan từ nguồn nguyên liệu khác Loại tro bay Than đen ZS-14 ZS-17 Than nâu ZS-13 ZS-16 SiO2 Thành phần (%) Al2O3 Fe2O3 TiO2 MgO CaO 54,1 41,3 28,5 24,1 5,5 7,1 1,1 1,0 1,9 2,0 1,8 2,7 27,4 47,3 6,6 31,4 3,8 7,7 1,0 1,6 8,2 1,9 34,5 1,7 Kết cho thấy, thành phần loại tro bay có sau q trình đốt cháy than đen (ZS-14 ZS-17) mẫu tro bay có sau q trình đốt cháy than nâu (ZS-16) nhơm silicat Cịn mẫu tro bay có sau trình đốt cháy than nâu (ZS-13) loại canxi silicat Các thí nghiệm khảo sát thành phần hóa học mẫu tro bay nước khác tiến hành thu kết tương tự Đa số mẫu tro bay Trung Quốc có thành phần chủ yếu SiO Al2O3, hàm lượng chúng vào khoảng 650 g/kg đến 850 g/kg Các thành phần khác bao gồm lượng than chưa cháy, Fe2O3, MgO CaO Tro bay Trung Quốc chứa hàm lượng than chưa cháy cao hệ thống lò đốt nhà máy nhiệt điện Trung Quốc Theo tiêu chuẩn phân loại ASTM C 618 tro bay Trung Quốc thuộc loại C hay tro bay có chất lượng thấp Điều ảnh hưởng lớn đến ứng dụng tro bay Trung Quốc [8] * Các nguyên tố vi lượng tro bay Quá trình đốt cháy than đá ngun nhân làm nhiễm khơng khí phát tán kim loại nguyên tố vi lượng độc hại Hiểu thay đổi nguyên tố vi lượng trình đốt than đá hàm lượng có tro bay tạo thành điều quan trọng vấn đề đánh giá tác động môi trường nhà máy nhiệt điện ứng dụng tro bay Hàm lượng nguyên tố vi lượng tro bay phụ thuộc chủ yếu vào hàm lượng chúng có nguyên liệu ban đầu Dựa kết nghiên cứu mẫu tro bay thu từ nhà máy nhiệt điện khác Canada [5], nhà nghiên cứu nước cho biết hàm lượng kim loại nặng As, Cd, Hg, Mo, Ni hay Pb tro bay có liên quan với hàm lượng lưu huỳnh có ngun liệu than đá ban đầu Thơng thường, loại than đá có hàm lượng lưu huỳnh cao có hàm lượng nguyên tố cao Tro bay Canada thu hồi phương pháp kết lắng tĩnh điện phương pháp lọc túi Kết cho thấy hàm lượng nguyên tố loại tro bay thu từ phương pháp lọc túi cao so với mẫu tro bay thu phương pháp kết lắng tĩnh điện nhà máy 1.2.2 Cấu trúc hình thái tro bay Hầu hết hạt tro bay có dạng hình cầu với kích thước hạt khác nhau, hạt có kích thước lớn thường dạng bọc có hình dạng khác [9] Các hạt tro bay chia làm hai dạng: dạng đặc dạng rỗng Thơng thường, hạt tro bay hình cầu, rắn gọi hạt đặc hạt tro bay hình cầu mà bên rỗng có tỷ trọng thấp 1,0 g/cm3 gọi hạt rỗng Một dạng thường thấy tro bay thường tạo nên hợp chất có dạng tinh thể thạch anh, mulit hematit, hợp chất có dạng thủy tinh thủy tinh oxit silic oxit khác Hình 1.2: Biểu diễn đặc trưng dạng cầu hạt khoảng kích thước thường thấy nhiều Hình 1.1: Sự tương phản kích thước hạt tro bay hình cầu lớn hạt nhỏ Các hạt tro bay đặc có khối lượng riêng khoảng 2,0 - 2,5 g/cm3 cải thiện tính chất khác vật liệu độ cứng độ bền xé Các hạt tro bay rỗng sử dụng tổng hợp vật liệu compozit siêu nhẹ khối lượng riêng nhỏ chúng, khoảng 0,4-0,7 g/cm3, chất kim loại khác có khối lượng riêng khoảng từ 1,6-11,0 g/cm3 Cả hai loại hạt thường thấy có lớp vỏ khơng hồn chỉnh (bị rỗ) * Cấu trúc bên trong: Các hạt bên thấy quan sát đơn giản Cấu trúc bị che lấp lớp vỏ thủy tinh, quan sát xử lý với dung dịch HF, dung dịch hịa tan nhanh chóng phần thủy tinh để lộ lớp vỏ bên Hình 1.3 biểu diễn hai hạt tro bay cạnh sau tiếp xúc ngắn (1/2 giờ) với dung dịch axit hydrofloric 1%, hai cấu trúc bên khác lộ Các hạt bên trái hạt có từ tính giàu sắt, vật liệu có cấu trúc tinh thể bên có dạng hình nghiên cứu nhóm Biggs Brunsnel Tất chúng có hình lập phương hy vọng hồn tồn khơng có phản ứng hóa học bê tơng Hình 1.3: Cấu trúc hạt tro bay sau Hình 1.4: Cấu trúc tro bay tiếp xúc với tiếp xúc ngắn với dung dịch HF dung dịch HF thời gian dài Các hạt bên phải hình 1.3 chứa cấu trúc đặc trưng hạt mullit có dạng mỏng hay dạng hình kim, Al 2O3.2SiO2 tìm thấy hầu hết hạt khơng có từ tính hạt tro bay có hàm lượng canxi thấp điển hình Sự vơ hỗn tạp hạt tro bay cấu trúc nhận thấy, bao gồm hạt khác loại tro bay thể hình 1.4 Mẫu tro bay tiếp xúc nhẹ thời gian lâu với trình xử lý axit hydrofloric thời gian Phần thủy tinh hạt vùng số hạt khác phân bố xung quanh phần bị hòa tan mức độ lớn 1.2.3 Phân bố kích thước hạt tro bay Kích thước hạt tro bay yếu tố quan trọng định đến khả ứng dụng Mỗi loại tro bay tùy thuộc vào nguồn nguyên liệu, điều kiện đốt phương pháp thu hồi mà có phân bố kích thước hạt tro bay 10 khác Tro bay có kích thước hạt nằm khoảng 10-350 m, phân đoạn có đường kính hạt nhỏ 45 m chiếm tỷ trọng lớn Bảng 1.4: Phân bố kích thước hạt phân đoạn tro bay Israel [10] Nguồn nguyên liệu Phân đoạn (mesh) Kích thước (μm) < 100 > 150 1,9 4,5 100–200 150–75 8,2 10,0 200–325 75–45 10,6 9,2 > 325 < 45 79,2 76,3 Nam Phi Colombia (%) (%) Tùy thuộc vào mục đích nhu cầu sử dụng mà tách phân đoạn kích thước khác Hai loại tro bay thương phẩm Công ty Boud Minerals & Polymers (Anh Quốc) sử dụng làm chất gia cường cho chất dẻo có kích thước hạt thể bảng 1.5 Bảng 1.5: Kích thước hạt tro bay thương phẩm Thơng số D50 D99 D90 Tỷ trọng Mầu sắc Đơn vị Plasfill Plasfill 15 m m m g/cm3 3,8 19,5 8,5 2,15 Ghi sáng 11,5 110 52 2,25 Ghi sáng 1.3 Sản lƣợng tro bay tình hình sử dụng tro bay giới 1.3.1 Sản lượng tro bay nước Nhu cầu tiêu thụ điện giới không ngừng tăng lên theo tốc độ phát triển kinh tế xã hội Các nguồn cung cấp điện phát triển nhanh chóng phải kể đến lượng mặt trời, lượng gió, lượng thủy triều,… Tuy có nhiều ưu điểm khuyến khích sử dụng nguồn cung cấp điện đáp ứng lượng nhỏ nhu cầu điện toàn cầu tập trung vài nước phát triển Nguồn cung cấp điện chủ yếu dựa 11 nguồn truyền thống không ngừng phát triển hàng năm Trong nhà máy nhiệt điện sử dụng nhiên liệu hóa thạch chiếm tỷ trọng lớn Hình 1.5: Biểu đồ sản lượng tro bay phần trăm sử dụng tro bay Mỹ từ 1966-2012 Mỹ quốc gia tiêu thụ điện hàng đầu giới nước có sản lượng sản phẩm từ q trình đốt cháy than đá nhà máy nhiệt điện lớn giới [11] Năm 2007, Mỹ tạo 125 triệu sản phẩm từ than đá bao gồm tro bay, tro đáy lò, xỉ lò,… Phần trăm sử dụng tro bay Mỹ giảm năm 2007 - 2010, sau tỷ lệ sử dụng tro bay lại tăng Trung Quốc nước đứng đầu sản xuất điện từ than đá, lượng tro bay tạo từ việc đốt than đá lớn Năm 2009, công suất phát điện điện nhà máy nhiệt điện tăng khoảng 7-8% Mặc dù, lượng tiêu thụ than giảm xuống cách nâng cao hiệu máy phát điện, lượng tro bay tạo trì đà tăng [12] Năm 2010, lượng tro bay tạo 480 triệu với tốc độ tăng trưởng 20 triệu năm, dự kiến lượng tro bay tạo Trung Quốc đạt 500 triệu 12 Hình 1.6: Biểu đồ lượng tro bay tạo thành, tro bay sử dụng phần trăm sử dụng tro bay Trung Quốc từ 2001-2008 Ở Ấn Độ, lượng lớn tro bay tạo trình đốt cháy than nhà máy nhiệt điện Lượng tro bay tạo hàng năm liên tục tăng từ khoảng triệu vào năm 1947 lên khoảng 40 triệu năm 1994 năm 2012 vào khoảng 131 triệu Kể từ 1996-97 đến 2010-11, lượng tro bay sử dụng vào lĩnh vực công nghiệp tăng (năm 1996-1997 9,63% đến năm 2010-2012 56%) Năm 2009-2010 Ấn Độ đạt mức độ sử dụng tro bay cao 63% [13] Như điều hiển nhiên, lượng than đá sử dụng nhà máy nhiệt điện nhiều sản phẩm phụ trình đốt cháy nhiên liệu xỉ than hay tro bay sinh tăng theo Thống kê nhà khoa học Hy Lạp cho thấy lượng tro bay sinh gần tỷ lệ tuyến tính với lượng nhiên liệu than đá sử dụng [14] Theo ước tính, lượng tro bay thải toàn cầu vào khoảng 700 triệu Sản lượng phần trăm sử dụng tro bay số nước trình bày bảng 1.6 [11-13,15] 13 Bảng 1.6: Sản lượng phần trăm sử dụng tro bay số nước TT Nước sản xuất Sản lượng tro bay hàng năm (triệu tấn) Tro bay sử dụng (%) Trung Quốc (2010) 480 67 Ấn Độ (2012) 131 54 Mỹ (2010) 70 45 Đức 40 85 Anh 15 50 Australia 10 85 Canada 75 Pháp 85 Đan Mạch 100 10 Ý 100 11 Hà Lan 100 Ở Việt Nam, phần lớn nhà máy nhiệt điện đốt than chủ yếu tập trung phía Bắc, gần nguồn than Tổng công suất nhà máy nhiệt điện vận hành tính thời điểm 2010 4.250 MW [16] dự kiến vào năm 2020 7.240 MW Bảng 1.7: Tro bay từ nhà máy nhiệt điện giai đoạn 2010-2030 TT Năm 2010 2015 2020 Công suất, MW 4.250 6.240 7.240 Tiêu thụ than, triệu tấn/năm 12,75 18,72 21,72 Lượng tro bay, triệu tấn/năm 3,82-4,46 5,61-6,55 6,51-7,60 Nguồn cung cấp than nhiên liệu nước cho nhà máy điện thường loại than chất lượng thấp, có độ tro lớn 31÷32%, chí đến 43÷45% Do đó, nhà máy nhiệt điện thải lượng tro bay lớn, chiếm tới 20-30% lượng than sử dụng Với suất tiêu hao than trung bình khoảng 500 g/kWh, tổng lượng than sử dụng cho nhiệt điện lượng tro bay tạo thành trình bày bảng 1.7 14 1.3.2 Tình hình sử dụng tro bay Tro bay sử dụng thành công ngành công nghiệp bê tông giới 50 năm qua Ở Mỹ có triệu châu Âu triệu sử dụng xi măng bê tơng [17] Có nhiều dự án lớn thời gian gần sử dụng bê tông tro bay, bao gồm đập ngăn nước, nhà máy điện, cơng trình ngồi biển, đường hầm biển, đường cao tốc, sân bay, tòa nhà thương mại hay dân cư, cầu, đường ống dẫn, Đến năm 2008, tổng lượng sản phẩm từ đốt than đá nhà máy nhiệt điện Châu Âu 58 triệu tấn, tro bay chiếm gần 68% tương đương khoảng 39 triệu Khoảng 18 triệu tro bay sử dụng công nghiệp xây dựng san lấp hầm mỏ Phần lớn tro bay làm phụ gia bê tông, kết cấu đường làm vật liệu để sản xuất clinke xi măng Tro bay sử dụng xi măng trộn, bê khối làm chất điền lấp [18] Cũng nhiều quốc gia giới, hàng trăm nhà máy nhiệt điện khắp lãnh thổ Trung Quốc thải hàng trăm triệu tro bay năm [8] Do vậy, phủ Trung Quốc khuyến khích phát triển cơng nghệ liên quan đến việc sử dụng tro bay Một vài thành phố sử dụng tốt tro bay năm gần thành phố Nam Ninh Năm 2005, lượng tro bay sử dụng thành phố vượt qua lượng tro bay tạo Tuy nhiên, Nam Ninh trường hợp ngoại lệ Tro bay Trung Quốc sử dụng lĩnh vực chủ yếu sau: Các sản phẩm bê tông (phụ gia cho xi măng, vữa, bê tông, gạch, ); Xây dựng đường giao thông; Xây dựng cảng; Cải tạo đất trồng; Xử lý ô nhiễm nước; Sử dụng để lấp mỏ hay vùng đất lớn dọc theo bờ biển Ngoài ra, tro bay sử dụng cho vài ứng dụng khác tổng hợp zeolit, chất gia cường cho cao su Tại Ấn Độ, Chính phủ nước có nhiều quy định để nâng cao nhận thức lợi ích việc sử dụng tro bay cho sản phẩm khác [19-21] Tro bay nguyên liệu tiềm tuyệt vời cho sản xuất vật liệu xây dựng xi măng pha trộn , gạch tro bay , gạch ố p lát các khối rỗng xây 15 dựng Chúng ứng dụng mô ̣t lươ ̣ng lớ n để rải đường, xây dựng kè, san lấp hầm mỏ Sản phẩm tro bay có nhiều lợi so với sản phẩm thông thường Lượng xi măng sử dụng sản xuất sản phẩm xây dựng giảm cách thay tro bay lượng tro bay thay lên đến 50% Những sản phẩm chứa tro bay có độ bền cao, hiệu tiết kiệm đáng kể nguyên liệu Việc sử dụng tro bay Ấn Độ tạo công ăn việc làm cho khoảng 3.000 lao động [22] 1.3.3 Ứng dụng tro bay số lĩnh vực công nghiệp giới 1.3.3.1 Tro bay sử dụng lĩnh vực xây dựng * Tro bay dùng làm vật liệu điền lấp: Tro bay dùng để phục hồi cải tạo vùng đất yếu hoạt động khác Tro bay sử dụng cho phát triển cơng trình cơng cộng công viên, bãi đậu xe, sân chơi, Tro bay có độ bền đầm nén tương đương lớn đất nên thường sử dụng lĩnh vực bồi đắp đất [23] Hình 1.7: Đập Puylaurent Pháp Hình 1.8: Bê tơng asphalt sử dụng tro bay * Tro bay bê tông: Tro bay cải thiện độ bền kết cấu bê tông dẫn đến tăng tuổi thọ đường Thơng thường, tro bay thay từ 15 đến 30% xi măng portland [23] Hiện nay, tro bay ứng dụng rộng rãi xây dựng với mục đích khác làm phụ gia cho bê tông xi măng [24], làm độn cho bê tơng asphalt [25] Một số cơng trình xây dựng tiếng giới sử dụng tro bay bê tông đập Puylaurent Pháp, cầu Great Belt East nối Copenhagen (Đan Mạch) với vùng đất trung tâm châu Âu, [26] 16 * Tro bay làm đường xá: Tro bay sử dụng để xây dựng đường đê kè Việc sử dụng có nhiều lợi so với phương pháp thông thường tiết kiệm đất trồng trọt, tránh tạo vùng trũng, giảm chi phí, làm giảm nhu cầu đất để xử lý / lắng đọng tro bay Hình 1.9: Gạch lợp từ tro bay [27] * Gạch không nung từ tro bay: Tro bay phế liệu thân thiện môi trường [24] Gạch tro bay tạo thành từ tro bay, cát xi măng, tro bay chất độn cát chất độn thứ hai Cịn xi măng làm chất kết dính tất nguyên liệu với Ở Đức, tro bay ứng dụng để sản xuất gạch xây nhà Các khối gạch tạo từ hỗn hợp tro xỉ, tro bay, đá vôi nước ép thành khuôn [26] * Sản phẩm gạch ố p lát từ tro bay: Gạch ố p lát có thể sản xuất từ tro bay Gạch ốp lát gồm hai lớp: lớp mă ̣t lớp nề n Lớp mặt hỗn hợp gồm nhựa men, xi măng, bô ̣t tro bay đôlômit Lớp nề n hỗn hợp gồm tro bay bán khô, xi măng bụi mỏ đá [23] * Làm vật liệu cốt nhẹ: Nhiều công nghệ phát triển để sản xuất cốt liệu nhân tạo từ tro bay Cốt liê ̣u từ sản phẩm tro bay sử dụng cho loạt ứng dụng ngành công nghiệp xây dựng, bao gồm thành phần xây dựng, thành phần bê tông đúc sẵn, bê tơng trộn sẵn cho tịa nhà cao tầng,… [23] 1.3.3.2 Tro bay dùng nông nghiê ̣p Một ứng dụng trực tiếp tro bay tác nhân cải tạo đất nông nghiệp [28,29] Phần lớn loại trồng thích hợp với mơi trường pH 6,517 cho phát triển Việc bổ sung tro bay kiềm cho đất chua làm tăng độ pH Phần lớn nghiên cứu chứng tỏ khả tro bay làm tăng độ pH đất có mơi trường axit sử dụng tro bay loại C, tức tro bay với hàm lượng CaO cao (> 15%) [30] Tro bay cải ta ̣o đất nâng cao khả giữ ẩ m, ̣ phì nhiêu cho đấ t Nó cải thiện hấp thu nước chất dinh dưỡng trồng, giúp phát triển rễ kế t diń h đất , dầ u khoáng và cacbohydrat dự trữ để sử dụng cần thiết, bảo vệ thực vật bệnh tật từ đất gây ra, giải độc đất bị ô nhiễm Năng suấ t trờ ng tăng lên, thí nghiệm lạc, hướng dương, hạt lanh hạt có dầu khác minh chứng Nhiều nghiên cứu báo cáo hiệu tro bay tới độ bền đất cải thiện độ bền cắt độ bám dính đất Mặt khác, số nghiên cứu cho thấy việc kết hợp vôi tro bay vào đất làm tăng ổn định cho đất so với ổn định đất tro bay vôi riêng rẽ [31,32] 1.3.3.3 Tro bay làm chất hấp phụ Trong năm gần đây, việc sử dụng tro bay thu hút nhiều công nghiệp, việc sử dụng giảm bớt gánh nặng môi trường nâng cao lợi ích kinh tế Tính khả thi kỹ thuật việc sử dụng tro bay làm chất hấp phụ giá rẻ cho trình hấp phụ khác để loại bỏ chất ô nhiễm không khí nước xem xét Có thể dùng tro bay để thay than hoạt tính thương mại zeolit cho việc hấp phụ khí NOx, SOx, hợp chất hữu cơ, thủy ngân khơng khí, cation, anion, thuốc nhuộm chất hữu khác nước Wang Wu [33] nghiên cứu điều tra cho thấy thành phần cacbon chưa cháy tro bay đóng vai trị quan trọng khả hấp phụ Có nhiều báo cáo nghiên cứu sử dụng tro bay làm vật liệu hấp phụ để loại bỏ ion kim loại độc hại [34-36], chất gây nhiễm khơng khí [37], hợp chất hữu vô [38-44], hấp phụ thuốc nhuộm nước thải [45-48] 18 1.3.3.4 Tro bay dùng công nghiệp gia công chất dẻo Tro bay vật liệu phế thải trình sản xuất điện từ nhà máy nhiệt điện sử dụng nhiên liệu than đá Với thành phần chủ yếu oxit kim loại oxit silic, oxit nhơm,… kích thước hạt mịn giá thành rẻ, ứng dụng hiệu ngành xây dựng, tro bay bay cịn có tiềm lớn lĩnh vực làm chất độn cho polyme Trong số nhựa nhiệt dẻo PE PP sử dụng phổ biến D.C.D Nath cộng chế tạo vật liệu compozit sở PP gia cường hàm lượng lớn tro bay (60%) có kích thước hạt 5-60μm phương đúc phun 210oC Theo tác giả, điều kiện khí quyển, nhóm OH ion bề mặt kim loại oxit kim loại tro bay có vai trị quan trọng hình thành liên kết vật lý bề mặt tro bay với polyme [49] Hình 1.10: Các chi tiết đỡ dây điện thân ô tô chế tạo từ vật liệu LDPE/FA hãng General Motor [50] Hình 1.11: Ứng dụng compozit tro bay làm vách ngăn, đồ nội thất 19 Vật liệu compozit LDPE/10% tro bay có độ bền kéo đứt, modul đàn hồi cao LDPE vật liệu compozit LDPE/10% CaCO3 Tro bay cải thiện tính chất học LDPE cao so với CaCO3 tro bay có khả liên kết với polyme tốt CaCO3 Vật liệu compozit LDPE/tro bay hãng chế tạo ô tô General Motor dùng để chế tạo số chi tiết kẹp định vị, mắc dây điện bên thân tơ (hình 1.10) Vật liệu polyme compozit sử dụng tro bay làm chất độn vải đay làm chấ t gia cường Sau xử lý , vải đay chuyể n vào chấ t nề n để cán thành Các tấ m sấ y khô nhiệt độ áp suất cụ thể Số lượng tấ m sử dụng theo độ dày yêu cầu Vật liệu polyme/tro bay compozit sử dụng vải đay gia cường để thay vật liệu gỗ nhiều sản phẩm cửa chớp, vách ngăn, gạch lát nền, tường, trần,… [51] Tro bay với phụ gia khác bột kim loại với chất dẻo đưa vào cao su tái sinh để chế tạo lát đường ngang xe lửa [52] M Hossain cộng nghiên cứu trường Đại học Kansas công bố kết sử dụng cao su tái chế từ lốp ô tô để làm lớp asphalt trải đường có sử dụng phụ gia tro bay [53] Đây cơng trình có giá trị khoa học mơi trường, cơng trình áp dụng lượng lớn lốp tơ phế thải sử dụng để thay nhựa đường làm giảm giá thành xây dựng Nhiều nghiên cứu đánh giá khả gia cường tro bay tới tính chất vật liệu cao su CSTN, SBR, BR,…[54-58] cao su blend CSTN/NBR, CSTN/SBR, CSTN/CR [59-61] Đối với tro bay khơng biến tính khả gia cường cho vật liệu cao su không đáng kể Khi tro bay biến tính các hợp chất silan, khả gia cường tro bay cải thiện đáng kể Hàm lượng tro bay tối ưu dùng để gia cường cho vật liệu polyme nói chung vật liệu cao su nói riêng vào khoảng 10 đến 30 pkl Tro bay thay chất độn truyền thống clay, canxi cacbonat sử dụng kết hợp với than đen Mặt khác, tro bay có giá thành thấp nên tro bay làm giảm giá thành sản phẩm Nhiều sản phẩm cao su sử dụng tro bay làm chất độn gia cường làm chất độn thay chất thông thường chế tạo 20