(TIỂU LUẬN) chuyên đề 4 nghiên cứu đánh giá tính chất xỉ thép

Mục lục I Giới thiệu II Nội dung kết nghiên cứu .2 Kết nghiên cứu, đánh giá tính chất xỉ lị cao 2 Kết nghiên cứu, đánh giá tính chất xỉ thép 2.1 Nội dung khảo sát nhà máy 2.2 Thành phần hóa .6 2.3 Thành phần khoáng .9 2.4 Tính chất lý xỉ thép 14 2.5 Đánh giá tác động môi trường xỉ thép 14 2.5.1 Khả chiết tách kim loại nặng, chất độc hại từ xỉ thép .14 2.5.2 Hoạt độ phóng xạ .20 III Kết luận .23 Tài liệu tham khảo .24 I Giới thiệu Trong vấn đề xử lý chất thải rắn công nghiệp, chủ trương Chính phủ Việt Nam cần đẩy mạnh việc xử lý sử dụng chất thải rắn cơng nghiệp, có xỉ lị cao xỉ thép để giảm thiểu tác động môi trường tận dụng nguồn tài nguyên tái chế thay khai khác tài nguyên thiên nhiên Bộ Xây dựng ban hành định tài liệu Chỉ dẫn kỹ thuật nhằm đẩy mạnh việc xử lý tái chế sử dụng xỉ thép làm nguyên vật liệu sản xuất xây dựng Đối với xỉ thép FHS, Bộ Xây dựng có văn đạo số 42/BXD-VLXD ngày 13/10/2017 V/v sử dụng xỉ thép làm nguyên liệu sản xuất vật liệu xây dựng cốt liệu làm móng cơng trình, có đề nghị xỉ thép FHS cần đánh giá theo Chỉ dẫn kỹ thuật Quyết định 430/QĐ-BXD ban hành ngày 16/05/2017 Bộ Xây dựng đánh giá hợp chuẩn theo tiêu chuẩn kỹ thuật văn Xỉ gang xỉ thép phân loại rõ ràng, ảnh hưởng loại vật liệu đến môi trường đánh giá thông qua nước lọc rửa qua vật liệu xây dựng xỉ Đặc điểm chung tác động đến môi trường xung quanh xỉ gang, xỉ thép tạo môi trường kiềm với PH ban đầu lên đến - 12, sau giảm dần theo thời gian Xỉ thép tạo môi trường kiềm cao so với xỉ lị cao Do có đặc tính khác nên loại xỉ gang xỉ thép lại có khả sử dụng phạm vi định Xỉ gang ứng dụng cốt liệu cho bê tông, vật liệu hạt cho đắp, san lấp cơng trình, vật liệu cho đường giao thông, cọc cát đầm chặt, làm phụ gia khống cho sản xuất xi măng, chất kết dính gia cố đất vật liệu hạt cho thoát nước Xỉ thép ứng dụng làm cốt liệu cho bê tông atphan vật liệu hạt rải đường Xỉ thép chứa nhiều khống chất, khống chất lại thành phần xi măng Do đó, vật liệu làm từ xỉ thép tái chế thường dùng cho thơng xây dựng cơng trình cơng nghiệp, có chất lượng tốt rẻ nhiều so với sử dụng đá, việc cấp phối tốt Đặc biệt, theo phân tích tính tốn, sản phẩm xi măng làm từ xỉ thép cịn góp phần bảo vệ mơi trường, giảm phát thải tới 44% CO so với sản phẩm xi măng thông thường Một số quốc gia phát triển khu vực châu Á Nhật Bản Trung Quốc có sản lượng sản xuất xỉ gang, xỉ thép lớn Những nước có quy định pháp lý, tái sử dụng làm nguyên liệu ngành công nghiệp khác Ở Việt Nam, xỉ gang/thép coi chất thải thơng thường, có tiêu chuẩn yêu cầu kỹ thuật cho xỉ hạt lò cao hoạt hóa làm phụ gia cho sản xuất xi măng, chưa có tiêu chuẩn cho nhóm xỉ lị cao làm nguội chậm xỉ thép Các loại xỉ khác có tính chất khác nhau, xỉ thép có khối lượng thể tích lớn, độ cứng, cường độ, tính chịu mài mòn tốt xỉ lò cao đá tự nhiên, có chứa tác nhân gây nở (CaO, MgO tự do, FeO), tạo môi trường kiềm cao không xử lý Trên giới Việt Nam có nghiên cứu kĩ xỉ lị cao hoạt hóa sử dụng phụ gia khống cho xi măng, bê tông, vữa, cốt liệu cho bê tông, vật liệu cho đường giao thông, xây dựng II Nội dung kết nghiên cứu Kết nghiên cứu, đánh giá tính chất xỉ lị cao Xỉ lò cao từ nhà máy luyện gang thép Việt Nam chủ yếu làm nguội nhanh hay cịn gọi xỉ hạt lị cao, hình thành từ xỉ nóng chảy từ lị cao tháo chảy mương dẫn phun nước với áp lực cao để làm lạnh nhanh tạo nên hạt giống hạt cát có cấu trúc xốp Các hạt xỉ trộn với nước tạo nên hỗn hợp lỏng bơm bãi khử nước, hạt xỉ róc nước tự hiên Xỉ hạt lị cao có hình dạng bên ngồi giống với cát thơ, hầu hết có cỡ hạt nhỏ 5mm, hạt mịn Xỉ hạt lị cao có thành phần chủ yếu dạng pha thủy tinh với hạt góc cạnh Xỉ hạt lị cao có hoạt tính cao nên thích hợp để làm phụ gia khống cho sản xuất xi măng bê tông Trong nghiên cứu chủ yếu đánh giá xỉ thép để làm cốt liệu cho bê tông nên không nghiên cứu sâu xỉ lò cao Xỉ hạt lò cao sử dụng cho nghiên cứu lấy từ nhà máy gang thép Hòa Phát Xỉ hạt lò cao nghiền mịn máy nghiền bi Tính chất xỉ hạt lị cao nghiền mịn thể Bảng Bảng 1: Thành phần hóa xỉ hạt lò cao Hòa Phát nghiền mịn MK N SiO2 - 36,1 Bảng 2: Tính chất lý GGBFS Hòa Phát Loại mẫu GGBS HF_120 Chú thích: HF ký hiệu xỉ hạt lị cao Hịa phát nghiền mịn (a) Hình ảnh hạt xỉ chưa nghiền (b) hình ảnh xỉ nghiền mịn Bảng 3: Xỉ lò cao Hòa Phát Kết nghiên cứu, đánh giá tính chất xỉ thép 2.1 Nội dung khảo sát nhà máy Đề tài tiến hành khảo sát nhà máy sản xuất théop nước Nội dung khảo sát: - Khảo sát dây chuyền xử lý xỉ thép máy thép Nhà máy thép Hòa Phát, Formosa, Dana – Úc, Thủ Đức,… (Bảng 3) - Khảo sát cơng trình xây dựng, giao thông sử dụng xỉ thép nước - Làm việc với đại diện kỹ thuật Nhà máy để thu thập thông tin, liệu vận hành, kết phân tích nguyên liệu, xỉ thép; thông tin xử lý sản lượng xỉ thép Nhà máy trước thời gian tới Việc thu thập liệu nhằm mục đích đánh giá chất lượng, độ ổn định chất lượng xỉ thép; - Khảo sát thực địa tồn cơng đoạn sản xuất xử lý xỉ thép Các công đoạn thuộc Xưởng thu hồi tài nguyên Nhà máy Các công đoạn chủ yếu gồm từ kho tiếp nhận xỉ thép nguyên liệu, các công đoạn xử lý nhằm ổn định xỉ thép, công phân loại, xử lý khác, vận chuyển kho/bãi chứa sản phẩm xỉ thép; - Hệ thống phịng thí nghiệm kiểm tra chất lượng ngun liệu sản phẩm xỉ thép Nhà máy; - Lấy mẫu xỉ đại diện: Mẫu xỉ thép bãi chứa sản phẩm xỉ thép Nhà máy Xỉ thép lấy nhiều vị trí khác lô, gộp thành mẫu gộp Mỗi mẫu gộp có khối lượng tối thiểu khoảng 150 kg Để đánh giá đồng ổn định chất lượng tro bay Nhà máy, mẫu xỉ thép lấy lô khác Bảng 4: STT Tên xỉ thép Xỉ thép Formasa Xỉ thép Hòa Phát (Hải Dương) Xỉ thép Việt Ý Xỉ thép Việt Nhật Xỉ thép Dana - Úc Xỉ thép Miền Nam Xỉ thép Vina Kyoei Xỉ thép Thủ Đức Ghi chú: - BOFS - Xỉ lò chuyển (Basic Oxygen Furnace Slag) - EAFS – Xỉ lò hồ quang điện (Electric Arc Furnace Slag) - IFS – Induction Furnace Slag Chi tiết tiêu thí nghiệm tính chất, tính mẫu xỉ, số lượng mẫu thí nghiệm phương pháp thí nghiệm thể Bảng Các thí nghiệm thực Viện Vật liệu xây dựng gửi phân tích phịng thí nghiệm chuyên ngành khác Bảng 5: Chỉ tiêu, phương pháp số lượng mẫu xỉ thí nghiệm ST Chỉ tiêu thí nghiệm T Khối lượng riêng Khối lượng thể tích Độ hút nước Khối lượng thể tích xốp Thành phần hóa Hàm lượng vôi tự Hàm lượng MgO tự Thành phần khoáng Hàm lượng kim loại nặng nước chiết 10 Hoạt động phóng xạ tự nhiên 11 12 Hàm lượng kim loại nặng nước chiết từ vật liệu (Cd, Pb, As, Cr(VI), Hg, Se, F, Bo) Hàm lượng kim loại nặng chiết xuất vật liệu (Cd, Pb, As, Cr(VI), Hg, Se, F, Bo) 2.2 Thành phần hóa Kết phân tích thành phần hóa sản phẩm xỉ thép nhà máy nêu Bảng bảng - Kết thí nghiệm cho thấy lượng nung (MKN) loại xỉ thép thấp, khơng có Hàm lượng SiO dao động từ 13,6220,52% loại xỉ thép, ngoại trừ mẫu xỉ Dana-Úc (DU) có hàm lượng SiO2 cao hẳn (49,8%) 18 Bảng 17: Hàm lượng kim loại nặng chiết tách từ xỉ thép (extractable content) Đơ STT Kim loại nặng Cadmium (Cd) mg Chì (Pb) mg Cr (VI) mg Asen (As) mg Thủy ngân (Hg) mg Selen (Se) mg Flo (F) mg Boron (Bo) mg vị 19 Bảng 18: Các thành phần nguy hại vô xỉ thép theo QCVN 07 STT Kim loại nặng Antimon (Sb) Asen (As) Bari (Ba) Bạc (Ag) Beryn (Be) Cadmi (Cd) Chì (Pb) Coban (Co) Kẽm (Zn) 10 Molybden (Mo) 11 20 Nicken (Ni) STT Kim loại nặng 12 Selen (Se) 13 Tali (Ta) 14 Thủy ngân (Hg) 15 Crom VI (Cr) 16 Vanadi (Va) 17 Muối Flo (F-) 18 Xyanua hoạt động (CN-) 19 Tổng Xyanua (CN-) 21 2.5.2 Hoạt độ phóng xạ Để đánh giá ảnh hưởng xỉ thép đến mơi trường sức khỏe người, ngồi việc xác định thành phần ảnh hưởng nguyên tố kim loại nặng, cần thiết phải đánh giá khả phát tán tia phóng xạ nguyên tố có xỉ thép Các vật chất tự nhiên tồn nguyên tố phóng xạ tự nhiên, hoạt động người làm thay đổi phân bố phóng xạ tự nhiên, đồng thời thay đổi hấp thụ người phóng xạ tự nhiên Do nguồn gốc địa chất, loại vật liệu xây dựng người tạo có chứa ngun tố phóng xạ, tính phóng xạ tự nhiên cịn phụ thuộc vào tích hợp vật liệu trình sản xuất, nồng độ nguyên tố phóng xạ gia tăng q trình sản xuất Các hạt nhân phóng xạ vật liệu xây dựng chủ yếu gồm hạt nhân phóng xạ Ra-226, Th-232, K-40 Để so sánh mức phóng xạ mẫu khác nhau, cần sử dụng số chung phản ánh hoạt tính phóng xạ tổng hợp chúng Phương pháp chung áp dụng tính tổng loại hoạt tính phóng xạ, hoạt tính biểu thị hệ số tương ứng với số biểu thị tỷ lệ khả bị phát tán Năm 1999, Ủy ban Châu Âu đưa nguyên tắc bảo vệ phóng xạ tự nhiên từ vật liệu xây dựng Theo đó, tiêu chí đánh giá hoạt tính phóng xạ tính theo cơng thức sau: I = ARa/300 + ATh/200 + AK/3000 Trong đó: I hoạt tính phóng xạ tương đương ARa, ATh, AK hoạt độ phóng xạ Ra, Th, K, tính Bq/kg 22 Nguyên tắc bảo vệ phóng xạ tự nhiên vật liệu xây dựng theo kiến nghị Ủy ban Châu Âu Bảng 11 Bảng 19: Mức giới hạn phóng xạ VLXD Châu Âu Cách sử dụng Trong tồn khối (ví dụ: bê tơng, ) Ở bề mặt sử dụng hạn chế (ví dụ: lợp, pano, ) Căn vào quy định trên, tiêu chuẩn nhiều nước giới quy định số hoạt độ phóng xạ an tồn (I) cho vật liệu xây dựng thường lấy theo mức quy định liều lượng giới hạn không mSv/năm Do số (I) vật liệu sử dụng khối lượng lớn không vật liệu sử dụng khối lượng nhỏ không Tiêu chuẩn TCXDVN 397:2007 Việt Nam dựa quy định nên Trong tiêu chuẩn vật liệu xây dựng sử dụng cho san lấp nhà gần nhà cần đáp ứng số I 1 với vật liệu cho san lấp, cơng trình giao thơng (ngồi nhà) cần đáp ứng số I Cơng thức tính (I1) (I2) sau : I1 = CRa/300 + CTh/200 + CK/3000 I2 = CRa/700 + CTh/500 + CK/8000 UNSCEAR (Ủy ban khoa học Liên hợp quốc phóng xạ hạt nhân) đưa giá trị chấp nhận với hoạt tính phóng xạ tương đương Radi (Ra eq) 370 Bq/kg, mức tương đương với liều chiếu phóng xạ trung bình mà người nhận 1,5 mSv/năm Mức phóng xạ tương đương mặt đất có giá trị trung bình 89 Bq/kg, đặc tính địa chất địa phương, giá trị thực tế vượt xa giá trị trung bình nói 23 Tiêu chuẩn TCVN 10302:2014 quy định hoạt độ phóng xạ hiệu dụng tro bay tính theo cơng thức khơng vượt q 370 Bq/kg, cơng thức tính sau: Raeq = ARa + ATh x 1,43 + AK x 0,077 Trong đó: Raeq hoạt tính phóng xạ tương đương Radi ARa, ATh, AK hoạt độ phóng xạ Ra, Th, K, tính Bq/kg Kết xác định hoạt độ phóng xạ xỉ thép thơng qua xác hạt nhân phóng xạ Ra-226, th-232 K-40 thể Bảng 12 Bảng 20: Kết xác định hoạt độ phóng xạ tự nhiên xỉ thép Loại mẫu FM1 HP VY VN DU MN VK TĐ I1 = CRa/300 + CTh/200 + CK/3000 I2 = CRa/700 + CTh/500 + CK/8000 24 25 Căn kết thể Bảng 11 trên, xỉ thép nhà máy có hoạt độ phóng xạ mức thấp nhiều so với mức quy định (mức an toàn) với liều lượng người nhận mSv/năm thấp mức 0.5 mSv/năm quy định Ủy ban Châu Âu III Kết luận Một số nhận xét rút từ kết phân tích tính chất lý, hóa, thành phần khống, tiêu ảnh hưởng mơi trường xỉ thép sau: Xỉ thép nhà máy không lẫn vật liệu ngoại lai, bụi, bùn, đất, hạt thoi dẹt làm ảnh hưởng đến xấu đến chất lượng sản phẩm sử dụng làm vật liệu cho lớp móng đường theo quy định JIS A 5011 Các mẫu xỉ thép lấy lô khác có tương đối đồng thành phần hóa cỡ hạt Các mẫu xỉ thép có khối lượng riêng cao so với vật liệu tương tự từ đá tự nhiên nhiều; tính chất học khả chống nén dập, chống mài mòn tốt nhiều so với đá tự nhiên Hàm lượng kim loại nặng mẫu xỉ thép xác định theo phương pháp chiết mức thấp, thấp nhiều so với giới hạn quy đinh QCVN 07:2009/BTNMT “Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia vể ngưỡng chất thải nguy hại” Đồng thời hoạt độ phóng xạ xỉ thép mức an tồn Trên sở đó, xỉ thép phân loại chất thải công nghiệp thông thường 26 Tài liệu tham khảo [1] Rustu S Kalyoncu, "Slag iron and Steel," US Geological Survey Minerals Yearbook 2001 [2] Caijun Shi, "Steel Slag-Its Production, Processing, Characteristics and Cementitous Properties," Journal of Materials in Civil Engineering ASCE 2004 [3] H Yi, G Xu, H Cheng, J Wang, Y Wan, H Chen, "An overview of utilization of steel slag," Procedia Environmental Sciences 16 791-801, 2012 [4] Essia Belhadj, Cécile Diliberto, and André Lecomte, “Characterization and activation of Basic Oxygen Furnace slag,” Cement & Concrete Composites 2012, 34-40 [5] JIS A 5011-4 “Slag aggregate for concrete - Part 4: Electric arc furnace oxidizing slag aggregate” 27 ... mẫu xỉ thép Hịa Phát 14 2 .4 Tính chất lý xỉ thép Các tính chất lý xỉ thép xác định bao gồm khối lượng thể tích, độ hút nước Kết thí nghiệm tính chất lý sản phẩm xỉ thép thể Bảng Bảng 14: Tính chất. .. kg Để đánh giá đồng ổn định chất lượng tro bay Nhà máy, mẫu xỉ thép lấy lô khác Bảng 4: STT Tên xỉ thép Xỉ thép Formasa Xỉ thép Hòa Phát (Hải Dương) Xỉ thép Việt Ý Xỉ thép Việt Nhật Xỉ thép Dana... xỉ thép nằm khoảng từ 1810-1 940 g/cm3 3) Độ hút nước: độ hút nước xỉ thép nằm khoảng 2,93 ,45 % 2.5 Đánh giá tác động môi trường xỉ thép 2.5.1 Khả chiết tách kim loại nặng, chất độc hại từ xỉ thép