Hình 4: Chu trình luân chuyển vật chất chì
ΣPb2 Chì thỏi Nhập khẩu Chì thỏi Tái chế Ắc quy chì
Xe cơ giới (ô tô, xe máy, xe đạp điện)
Thu gom Quặng chì đã đƣợc
làm giàu
Công nghiệp nhiên liệu, năng lƣợng và các ngành khác Xuất khẩu ∆1 ΣPb1 ∆2 ΣPb2’ ΣPb1’ Thất thoát ∆0 ΣPb3 ΣPb4
Cân bằng vật chất của chì thỏi:
ΣPb ═ ΣPb1 + ΣPb2 = ΣPb1’ + ΣPb2’ + ∆1 + ∆2
Trong đó:
ΣPb: Tổng lượng chì
ΣPb1: Lượng chì được làm giàu từ quặng khai thác trong nước ΣPb2: Lượng chì nhập khẩu
ΣPb1’: Lượng chì được sử dụng trong sản xuất ắc qui, pin (nguồn điện hóa học) ΣPb2’: Lượng chì sử dụng cho các ngành sản xuất nhiên liệu, năng lượng và các ngành khác
∆1: Lượng chì thất thoát trong quá trình làm giàu quặng chì ∆2: Lượng chì thất thoát trong quá trình sản xuất ắc quy chì
Cân bằng vật chất của chì trong ác quy chì: ΣPb1’ ═ ΣPb3 + ΣPb4 + ∆0
Trong đó:
ΣPb1’: Tổng lượng chì có trong ắc quy chì
ΣPb3: Lượng chì trong ắc quy chì còn lưu thông trong các phương tiện cơ giới ΣPb4: Lượng chì thỏi sau khi tái chế ắc qui chì
∆0: Lượng chì thất thoát trong quá trình hoạt động, thu gom và tái chế chì Chu trình luân chuyển vật chất chì trong ắc qui chì là một chu trình chưa khép kín. Hàm lượng chì được thu hồi đạt trên 90%, tuy nhiên lượng bụi chì và các tạp chất chứa chì trong quá trình tái chế ắc qui chì vẫn không được thu hồi.
CHƢƠNG 3: TÍNH TOÁN VÀ ĐÁNH GIÁ CHU TRÌNH LUÂN CHUYỂN VẬT CHẤT CHÌ 3.1 Tính toán các dòng vật chất chính của chu trình
3.1.1 Lượng chì dùng cho sản xuất ắc quy tại Việt Nam
Tính đến hết năm 2013 tổng sản lượng hai nhà máy ắc quy trực thuộc VINACHEM đạt khoảng 2.400.000 kWh/năm, chiếm khoảng 70% tổng sản lượng toàn ngành, chủ yếu tập trung vào các sản phẩm ắc quy chì-axít không bảo dưỡng (CMF) và phải bảo dưỡng, chiếm khoảng 50% thị phần trong nước về về mảng thị trường thay thế và khoảng 80% mảng thị trường cung cấp cho các hãng lắp ráp ô tô sản xuất trong nước như Toyota, Ford, Huyndai, Kia, Suzuki, Trường Hải, …
Bảng 3.1: Ƣớc tính lƣợng chì cho sản xuất ắc quy tại Việt Nam Giá trị định mức 2011 (tấn) 2012 (tấn) 2013 (tấn) Sản lƣợng ắc quy (triệu kwh) * 2,5 3,8 4,2 Ƣớc tính lƣợng chì sử dụng theo định mức nguyên liệu 12,86 kg/kwh 32146,875 48863,3 54006,8 Ƣớc tính lƣợng chì sử dụng theo tỷ lệ dung lƣợng lƣu trữ và khối lƣợng 50wk/kg ắc quy với lƣợng chì trong ắc quy bình quân 70% 34722 52778 58333
* : Ước tính dựa trên tổng hợp và phân tích các báo cáo tài chính của các
công ty sản xuất ắc quy gồm PINACO, Ắc quy Tia Sáng, Ắc quy Vĩnh Phú.
Hai cách tính trrn cho kết quả chênh lệch khoảng 15%. Hiện nay các nhà máy đều tăng cường cải thiện công nghệ để làm giảm lượng chì sử dụng trong ắc quy. Vì vậy chọn kết quả tính theo phương án 1.
3.1.2 Lượng chì thải bỏ từ các phương tiện giao thông
Với nhu cầu thải bỏ đối với ác quy otô là 2-2,5 năm, ắc quy xe máy và xe đạp
và ắc quy xe máy thải bỏ sau 3,5 năm có thể ước tính lượng ắc quy thải bỏ hàng năm dưới bảng sau:
Bảng 3.2. Lƣợng ác quy chì thải bỏ hàng năm (tấn)
2009 2010 2011 2012 2013 Ắc quy otô thải bỏ sau 2,2
năm
10123 11400 12440 16323 17557
Ắc quy xe máy thải bỏ sau 3,5 năm (*)
12817 14074 16000 19891 21927
Tổng cộng (tấn/năm) 22940 25474 28440 36214 39484 * Tính gộp cả số lƣợng xe đạp điện ở 2 năm 2012 và 2013.
Trong một bình ắc quy chì, vật liệu chứa Pb, chiếm khoảng 70% trọng lượng
của ắc quy bao gồm: sườn cực và chất hoạt động được trát trên đó, trụ cực, cầu tiếp. Sườn cực, trụ cực, cầu tiếp thường được chế tạo từ hợp kim chì - antimon (3 - 7% antimon - Sb), dễ dàng tái chế thành hợp kim Pb - Sb. Để thu được Pb nguyên chất, cần điện phân hoặc tinh chế lại. Thành phần của chất hoạt động gồm: Pb - 75%, SO4-2 - 14,5%, phần nhỏ còn lại là tạp chất.
Điện dịch chiếm khoảng 18% trọng lượng của ắc quy, chứa axit sunfuric 30% và một lượng nhỏ chì sunfat hòa tan, các hạt sunfat và chì oxit phân tán.
Vỏ bình chiếm khoảng 5 - 7% trọng lượng của ắc quy, được làm từ các vật liệu như polyetylen, polypropylen, hoặc ebonit.
Khối lượng chì có trong ác quy thải bỏ được tính theo công thức:
Pb (kg)= Khối lượng ắc quy(kg) × 0,7
Bảng 3.3:Lƣợng chì có trong ác quy thải bỏ hàng năm (tấn)
2009 2010 2011 2012 2013 Ắc quy otô thải bỏ sau 2,2
năm
7086 7980 8708 11426 12289
Ắc quy xe máy thải bỏ sau 3,5 năm (*)
8972 9851 11200 13923 15348
3.1.3 Thất thoát chì trong sản xuất và tài chế ác quy chì
* Thất thoát trong sản xuất ác quy chì
Có thể xác định mức độ phát thải chì thông qua hệ thống đánh giá theo hệ số ô nhiễm đã được cục bảo vệ môi trường Mỹ (EPA) và cục bảo vệ môi trường Châu Âu (EEA) phát triển cho các ngành và lĩnh vực công nghiệp. Mức độ phát thải chì tại các công đoạn có thể đánh giá thông qua hệ số phát thải do EPA sử dụng như sau:
Bảng 3.4 Hệ số phát thải các công đoạn sản xuất ác quy chì.
Quá trình Hệ số phát thải (kg/1000 ắc quy)
Dạng hạt Chì
Đúc lƣới 0,8- 1,42 0,35- 0,4
Trộn hồ nhão 1,0- 1,96 0,5-1,13
Chì oxit (từ lọc túi) 0,05- 0,1 0,05
Lắp ráp ắc quy 13,2- 42 4,79- 6,6
Tại lò nấu chảy thu hồi chì 0,7-3,03 0,35- 0,63
Tổng 56,82- 63,2 5,94- 8
Ngoài lượng chì chủ yếu nằm trong sản phẩm, một phần nhỏ sẽ phát sinh dưới các dạng ô nhiễm khí thải và nước thải, thực tế ở một số nhà máy sản xuất ắc quy như tại Nhà máy sản xuất ắc quy Vĩnh Phú cho thấy định mức phát thải chì từ 0,1 đến 0,15kg/kwh tương ứng với khoảng 1,2% lượng chì thất thoát.
* Thất thoát trong công đoạn tái chế
Trong công đoạn này phát sinh ô nhiễm chì từ hầu hết các công đoạn và dưới các dạng. Do tái chế chì ở Việt Nam phần lớn thực hiện tại các cơ sở thủ công nên lượng phát thải chì gây thất thoát là rất cao. Ví dụ tại Đông Mai, mỗi cơi chì khoảng 10 – 12 tấn nguyên liệu sẽ thu được khoảng 5 -6 tấn chì thành phẩm và khoảng 180 – 200 kg bị chì thoát tương đương 3,3% thất thoát ra theo khói thải, lượng chì tổn thất rất lớn không thu hồi được ở dạng muối hoặc dioxit chì nằm dưới dạng xỉ hoặc bám dính tại các hệ thống rót.
3.1.4 Xác định dòng vật chất của chì tại Việt Nam
năm có số liệu hoàn chỉnh nhất để xây dựng sơ đồ dòng vật chất của chì tại Việt Nam. Qua khảo sát nghiên cứu, ở Việt Nam có 5 nhóm đối tượng chính liên quan đến dòng vật chất của chì và các sản phầm ắc quy chì gồm :
-Các nhà sản xuất ắc quy ,nhà nhập khẩu ắc quy - Các nhà phân phối, sửa chữa bảo dưỡng
-Người tiêu dùng
-Các đơn vị khai thác chế biến quặng chì -Các cơ sở thu gom tái chế.
Ngoài ra môi trường là nơi tiếp nhận toàn bộ phần chất thải từ mọi công đoạn trong suốt vòng đời của chì.
Hình 5:Sơ đồ đề xuất dòng vật chất của chì ở Việt Nam 70000 tấn 585 (1,2%) 836 (3,3%) 45063 tấn 25349 tấn 48863 tấn 3800 tấn 24513 tấn 1450 tấn 73871 tấn Nhà SX ắc quy
Phân phối, sửa chữa bảo dưỡng
Người tiêu Nhập khẩu sản phẩm ắc quy Môi trƣờng Khai thác và chế biến quặng chì Hoạt động thu gom, tái chế Xuất khẩu Nhập khẩu Thất thoát
3.2. Đánh giá chu trình
Chu trình luân chuyển vật chất chì trong quá trình tái chế ắc quy chì như đã được trình bày ở trên cho thấy quá trình tồn tại của chì từ lúc sản xuất đến lúc thu hồi.
Kết quả đánh giá chu trình luân chuyển vật chất chì:
- Trong quá trình làm giàu quặng: Lượng chì được làm giàu từ quặng chì kẽm hiện nay trong nước đã được thu hồi khá triệt để thu lấy tinh quặng chì 52% Pb sản xuất chì thô 96% Pb, hàng năm thu hồi được hàng chục nghìn tấn chì mỗi năm.
- Lượng chì xuất khẩu: Hoạt động xuất khẩu chì ở Việt Nam chủ yếu theo 3 dạng: xuất khẩu dưới dạng sản phẩm hoàn chỉnh (ắc quy); xuất khẩu chì đã sơ tuyển và xuất chì thô sai khi tái chế.
Các nhà sản xuất ắc quy Việt Nam chủ yếu tiêu thụ ở thị trường nội địa, số lượng xuất khẩu rất nhỏ chủ yếu tập chung vào 2 đơn vị chính là Công ty cổ phần Pin- Ắc quy chì miền Nam và Công ty CP ắc quy Tia Sáng. Dung lượng bình quân xuất khẩu của cả 2 công ty đạt khoảng 300,000 kwh mỗi năm, nếu quy đổi theo khối lượng thì khối lượng chì ước tính là khoảng 3800 tấn chì.
- Lượng chì nhập khẩu: Về cơ bản chì được nhập nhẩu làm nguyên liệu cho sản xuất chủ yếu gồm 2 loại là chì nguyên chất (>99,97%) và hợp kim chì. Hiện nay gần 100% lượng chì dùng cho sản xuất trong nước là chì nhập khẩu do nhu cầu chì trong các ngành khác rất nhỏ, hầu như không đáng kể.
- Trong quá trình sản xuất ắc quy chì: Chì nguyên chất (99,98% Pb) được nghiền thành bột trong hệ thống máy nghiền bột chì. Bột chì tạo ra được phối trộn với dung dịch axít H2SO4, phụ gia và nước cất thành cao chì trong máy trộn cao. Cao chì đạt độ dẻo cần thiết được trát bằng máy trát cao lên sườn cực đúc từ hợp kim (Pb-Sb) hoặc (Pb- Ca) bằng máy đúc sườn cực. Lá cực sau trát cao được ủ, sấy trong máy sấy và lắp ráp trong thùng chứa dung dịch axít H2SO4 loãng để hoá thành thành điện cực âm và điện cực dương phân biệt bằng dòng điện một chiều. Lá cực sau hoá thành được rửa sạch bằng axit và sấy khô trong máy sấy khí trơ và đem gia công (cắt mài). Lá cực gia công đạt yêu cầu kỹ thuật được đem lắp ráp để tạo thành bình ắc quy thành phẩm.
- Hoạt động thu gom ắc quy chì: hoàn toàn do các doanh nghiệp tái chế thực hiện, hiệu quả thu gom rất cao tại tất cả các khâu trong vòng đời của sản phẩm này.
Chứng tỏ mô hình thu gom này rất hiệu quả và lãi suất từ hoạt động này khá cao. Có thể thấy rằng cơ chế thị trường phát huy vai trò quan trọng trong hoạt động thu gom và tái chế ắc quy chì ở Việt Nam. Với các ưu đãi của nhà nước trong thời gian gần đây trong lĩnh vực tái chế, các doanh nghiệp có điều kiện đầu tư công nghệ tiên tiến với quy mô công nghiệp. Sắp tới sẽ còn nhiều doanh nghiệp nữa được thành lập tham gia vào hoạt động tái chế này. Điều này cho thấy hoàn toàn có thể áp dụng các công cụ kinh tế để thúc đẩy hoạt động tái chê ở Việt Nam
- Trong quá trình tái chế ắc quy chì axit thải:
Chì được thu hồi từ các bản cực ắc quy, các tâm sườn cực với tỷ lệ khoảng 70% chì và 0,7% bụi chì. Nhựa được thu hồi từ vỏ bình ắc quy và các tấm lá cách.
Các chất thải thứ cấp sinh ra trong quá trình tháo dỡ ắc quy, tinh chế chì và xay nhựa.
Nguồn phát sinh: Nước thải được tạo ra từ quá trình súc rửa bình ắc quy, từ hệ thống tái chế nhựa, từ hệ thống xử lý khí thải và nước thải sinh hoạt của công nhân. Đặc trưng của nước thải thường chứa một lượng lớn axit (từ bình ắc quy) và chứa nhiều chất rắn lơ lửng.
Chất thải rắn: Nguồn chủ yếu từ quá trình tháo dỡ bình ắc quy, xay nhựa và bảo dưỡng máy móc. Ngoài ra, còn có chất thải rắn sinh hoạt. Chất thải rắn được thu gom, tập kết tại kho chất thải nguy hại trước khi được chuyển đến các cơ sở có giấy phép hành nghề xử lý. Nền kho được đổ bê tông, nền và tường quét sơn chịu axit.
Khí thải, bụi: Nguồn: Khí thải và bụi phát sinh chủ yếu từ quá trình nấu luyện chì. Đặc trưng của khí thải có chứa nhiều khí axit như SO2; CO2 và bụi chì (~0,7%).
Theo điều tra khảo sát tại một số doanh nghiệp nhập khẩu Pin- Ắc quy thì họ hầu như không quan tâm đến việc thu gom rác thải pin-ắc quy hỏng, hết hạn sử dụng hoặc thải bỏ.
Mức độ phù hợp:
Chu trình luân chuyển vật chất chì phù hợp đối với các giai đoạn tồn tại của chì từ lúc làm giàu quặng, sản xuất cho các ngành và tái chế.
Phù hợp đối với chì có trong ắc quy chì axit thải - một loại chất thải nguy hại, các công đoạn tái chế được làm thủ công. Tuy nhiên, với mục đích của quá trình tái chế là thu hồi chì thì lượng chì có thể đánh giá tương đối chính xác lượng chì trong hoạt động sản xuất và tái chế ắc quy chì.
Phù hợp với thực tế quá trình sống của vật chất chì trong các hoạt động sản xuất và phát triển.
Đánh giá quá trình luân chuyển vật chất chì về mặt môi trường
Về mặt môi trường các quá trình làm giàu quặng, sản xuất ắc quy chì và tái chế ắc quy chì hiện nay ở Việt Nam đang gây ra ô nhiễm không hề nhẹ cho môi trường. Đặc biệt là vấn đề tái chế ắc quy chì tại các làng nghề thủ công như làng nghề tái chế chì Đông Mai ở Hưng Yên là một ví dụ điển hình. Do không có biện pháp quản lý, thiết bị xử lý ô nhiễm chưa đáp ứng các yêu cầu về môi trường nên đất, nước và không khí của làng nghề này bị ô nhiễm bởi khói bụi chì, nước thải a- xít trầm trọng dẫn đến mức độ nhiễm chì của trẻ em trong làng đã ở mức báo động. Hơn nữa, việc thu gom, tái chế ắc quy hiện nay chủ yếu vẫn là hoạt động tự phát của người dân với công nghệ lạc hậu, gây ô nhiễm môi trường trầm trọng, ảnh hưởng lâu dài đến sức khỏe của người dân.
Tuy nhiên tái chế ắc quy chì cũng đem lại nhiều lợi ích về mặt kinh tế và môi trường nếu có biện pháp tiên tiến về công nghệ và quản lý.
Tận dụng chất thải: Ắc quy chì axit thải là một chất thải nguy hại nhưng khi tái chế thì vừa tận dụng được nguồn nguyên liệu là ắc quy thải, vừa thu hồi được các sản phẩm như: chì, nhựa... Qua đó làm giảm khai thác tài nguyên thiên nhiên, kéo dài tuổi thọ của các mỏ chì.
Giảm ô nhiễm môi trường: Hầu hết, các bộ phận trong ắc quy đều được thu hồi, lượng vật chất phát tán ra môi trường xung quanh là khá nhỏ (khoảng 10%). Hệ thống xử lý chất thải phát sinh từ hoạt động tái chế phải đáp ứng được yêu cầu của loại chất thải cần xử lý, hiệu quả xử lý cao. Nước thải sau xử lý được quay vòng sử dụng lại; bụi chì trong dòng khí thải cũng được thu hồi, do vậy, giảm thiểu đáng kể lượng chất ô nhiễm phát tán vào môi trường.
Sử dụng các hóa chất thân thiện với môi trường: Hóa chất sử dụng CaO là hóa chất phổ biến, giá thành thấp, ít gây ảnh hưởng tới môi trường.
3.3. Dự báo nhu cầu sử dụng chì trong những năm tới
Sản xuất và tiêu thụ chì đang tăng trên toàn thế giới. Đặc biệt đối với đất nước đang phát triển như Việt Nam hiện nay khi mà nhu cầu sử dụng ngày càng gia tăng. Theo như dự báo mỗi năm lượng lượng các phương tiện môtô và ô tô cũng gia tăng thêm khoảng 20-25%/ năm và đến năm 2021, Việt Nam có thể có tới 60 triệu