7. Những đóng góp khoa học mới của tác giả luận án
1.2. Tổng quan các cơng trình nghiên cứu trong nước
Một số hướng nghiên cứu sử dụng tro, xỉ nhà máy nhiệt điện được quan tâm và thực hiện tại Việt Nam bao gồm: Nghiên cứu sử dụng tro, xỉ làm phụ gia khống cho sản xuất xi măng, bê tơng các loại (đã được tiêu chuẩn hóa thành Tiêu chuẩn quốc gia - TCVN); Nghiên cứu tro, xỉ thay thế đất sét trong sản xuất clanhke xi măng, gạch đất sét nung; Nghiên cứu sử dụng tro, xỉ cho sản xuất gạch không nung: gạch bê tông (xi măng-cốt liệu), gạch bê tơng khí chưng áp, bê tơng bọt; Nghiên cứu sử dụng tro, xỉ nhiệt điện làm vật liệu san lấp; Nghiên cứu sử dụng tro, xỉ kết hợp chất kết dính làm lớp móng đường giao thơng; Nghiên cứu sử dụng tro bay làm vật liệu gia cố nền đất yếu; Nghiên cứu sử dụng tro, xỉ làm cốt liệu nhẹ cho bê tông [49].
Các thuật ngữ cơ bản liên quan đến tro, xỉ NMNĐT từ các nghiên cứu trong nước sử dụng cũng tương đồng với các nghiên cứu trên thế giới. Theo [49], tro bay là thải phẩm của quá trình đốt than trong các nhà máy nhiệt điện. Khi than bị đốt cháy sẽ sinh ra tro than bao gồm hai loại, các hạt tro mịn bay lên rồi thu được tại bộ phận lắng bụi khí thải gọi là tro bay (thường chiếm 75-85%) và các hạt thô hơn thu được ở đáy lò đốt gọi là tro đáy hoặc xỉ đáy. Theo tính tốn thiết kế của các nhà máy nhiệt điện, nếu sử dụng than cám trong nước để sản xuất ra 1kWh điện sẽ tiêu tốn khoảng 0,5 kg than và thải ra khoảng 0,18 kg tro, xỉ, thạch cao. Tuy nhiên trong trong thực tế, do nguồn than đầu vào, điều kiện vận hành mà lượng tro, xỉ thải ra có thể lớn hơn [11].
Đặc tính kỹ thuật của tro, xỉ NMNĐT tại Việt Nam được nêu ở nhiều nghiên cứu như [23;24;34;49;67]… Thành phần và tính chất của tro bay thay đổi phụ thuộc vào các yếu tố: (1) thành phần khống hóa của than; (2) mức độ nghiền mịn than; (3) loại lò đốt và điều kiện đốt; (4) phương pháp thu hồi tro bay, xử lý và lưu trữ trước khi sử dụng. Chính vì vậy, tro bay của các nhà máy khác nhau là rất khó giống nhau. Ngồi ra, tính chất tro bay của mỗi nhà máy có thể cịn thay đổi theo chu kỳ 24h tùy thuộc vào mức độ phụ tải vận hành của nhà máy [49].
Tro bay thu được từ các nhà máy nhiệt điện đốt than phun đã được sử dụng làm phụ gia khoáng cho sản xuất xi măng. Các nhà sản xuất xi măng thường sử dụng tro bay cho chế tạo xi măng Portland hỗn hợp (PCB) phù hợp theo tiêu chuẩn TCVN 6260:2009. Theo phương pháp này, tro bay được cấp dưới dạng khô vào máy nghiền xi măng với lượng sử dụng tương đối thấp khoảng (3-5)%. Tỷ lệ tro bay hiện nay được trộn vào xi măng ở mức thấp như vậy (mặc dù theo tiêu chuẩn hiện hành thì lượng tro bay có thể trộn đến 40% theo khối lượng sản phẩm) là do một số vấn đề liên quan đến thiết bị công nghệ cấp tro bay vào hệ thống nghiền trộn và vấn đề liên quan đến ảnh hưởng của tro bay đến tỷ trọng và màu sắc của sản phẩm xi măng sau trộn. Tro bay có khối lượng riêng nhẹ (khoảng 2,3 g/cm3), trong khi khối lượng riêng của xi măng Portland khoảng 3,15 g/cm3, nên nếu trộn tỷ lệ tro bay ở mức cao sẽ làm tăng thể tích xi măng khi đóng bao [49].
Bên cạnh sử dụng tro bay cho chế tạo xi măng Portland hỗn hợp thì việc nghiên cứu sử dụng tro bay cho chế tạo các loại xi măng đặc biệt như xi măng bền sun phát, xi măng ít tỏa nhiệt, xi măng chịu mặn (bền nước biển) cũng đã được nghiên cứu khá nhiều tại Việt Nam. Sử dụng tro bay loại F từ nhà máy nhiệt điện trong nước có thể chế tạo được các loại xi măng bền sun phát loại vừa và loại cao theo tiêu chuẩn TCVN 7711:2013 Xi măng Portland hỗn hợp bền sun phát hoặc ASTM C1157, xi măng Portland hỗn hợp ít tỏa nhiệt loại vừa và loại thấp theo TCVN 7712:2013 hoặc ASTM C1157.
Trong những năm trước đây (giai đoạn 2004-2015), khi các dự án xây dựng nhà máy thủy điện triển khai hàng loạt, tro bay chủ yếu sử dụng cho các dự án xây dựng đập thủy điện sử dụng bê tông đầm lăn (RCC) [34]. Ví dụ như nghiên cứu của Vũ Hải Nam về sử dụng tro tuyển Phả Lại hàm lượng cao trong bê tông khối lượng lớn thông thường dùng cho đập trọng lực [41].
Tro, xỉ nhiệt điện hiện nay chủ yếu cung cấp cho cho sản xuất xi măng (nghiền cùng clanhke xi măng) và phụ gia khống cho bê tơng (các trạm trộn bê tơng, nhà máy bê tông đúc sẵn), cơ sở sản xuất gạch không nung (gạch bê tông và gạch AAC), làm vật liệu san lấp (như nghiên cứu của Đinh Quốc Dân và cộng sự [23;24]), làm nền và mặt đường cho cơng trình giao thơng (Hồng Tùng và cộng sự [65]), xử lý nền móng cơng trình (Bùi Phú Doanh [24]). Nghiên cứu cơng nghệ thu hồi tro bay của nhiệt điện Cao Ngạn dùng cho sản xuất vật liệu không nung (Nguyễn Trung Kiên [35]); Nghiên cứu sử dụng phế thải tro xỉ than nhà máy nhiệt điện Hải Phịng làm phụ gia cho bê tơng (Phạm Toàn Đức [26]); Sử dụng tro bay (Vĩnh Tân) và bùn đỏ (Tân Rai - Nhân Cơ) làm chất kết dính Geopolime để chế tạo các loại gạch không nung và cấu kiện xây dựng dùng trong xây dựng cơng trình vùng thành phố Hồ Chí Minh (Nguyễn Hồng Hải và cộng sự [32]); Nghiên cứu hoàn thiện và chuyển giao công nghệ sử dụng tro bay nhiệt điện Duyên Hải để sản xuất bê tơng tại khu vực phía Nam (ng Hồng Sơn [46]); Nghiên cứu, ứng dụng sản xuất gạch không nung sử dụng tro, xỉ Nhà máy nhiệt điện Na Dương (Nguyễn Văn Hoan [33]); Nghiên cứu tính năng bê tơng cát sử dụng tro bay, xỉ lò cao cho kết cấu cơng trình trong mơi trường biển miền
trung (Nguyễn Tấn Khoa [37]); Nghiên cứu sử dụng cát đỏ Bình Thuận và tro bay nhiệt điện Vĩnh Tân làm móng và mặt đường giao thông nông thôn khu vực duyên hải Nam Trung Bộ (Vũ Hoàng Giang [28]); Sử dụng tro xỉ nhiệt điện trong xây dựng cơng trình nền và mặt đường giao thông [65]. Ứng dụng cọc xi măng – tro bay – cốt liệu (Cement – Fly ash – Gravel pile: CFG) để xử lý nền móng cơng trình xây dựng tại Việt Nam [24].
Theo điều tra của Viện Vật liệu xây dựng thì lượng tro tiêu thụ chủ yếu là tro bay (xuất dạng khô từ si-lô vào xe bồn). Tỷ lệ tro bay tiêu thụ so với tổng lượng phát thải tùy thuộc vào nhà máy (chủ yếu quyết định bởi khoảng cách đến các nhà máy xi măng, các khu vực dự án xây dựng sử dụng khối lượng bê tơng lớn), số liệu trung bình khoảng (20-30)%, một số nhà máy có tỷ lệ tiêu thụ tro bay cao như Phả Lại 2, ng Bí, Hải Phịng lượng tỷ lệ tiêu thụ khoảng (60-80)%. Hiện nay lượng tro, xỉ nhiệt điện Phả Lại được xử lý và bán ra thị trường khoảng trên 300.000 tấn/năm [34]. Tro bay thu được từ các nhà máy nhiệt điện đốt than tầng sơi ít được tiêu thụ mà thường tồn chứa tại các bãi thải gần khu vực nhà máy do chất lượng tro, xỉ của cơng nghệ lị hơi CFB rất khó sử dụng được ngay cho các nhà máy sản xuất xi măng hoặc làm phụ gia cho bê tông. Tro, xỉ của các nhà máy sử dụng cơng nghệ CFB có thể sử dụng cho mục đích san nền. Một vài nhà máy đã nghiên cứu và triển khai các phương án tiêu thụ như tro bay của nhà máy nhiệt điện Cao Ngạn được sử dụng cho sản xuất gạch không nung, tro bay của nhà máy nhiệt điện Cẩm Phả có thể làm phụ gia cho xi măng và làm vật liệu tại một số cơng trình san lấp mặt bằng [34].
Với các nghiên cứu về đặc tính cơ lý hóa và khả năng ứng dụng của tro, xỉ của các NMNĐT tại Việt Nam thì tro, xỉ là một ví dụ hiệu quả của kinh tế tuần hồn. Tác giả Phạm Thị Thu Hà (2020) đã có những phân tích cho thấy sử dụng tro, xỉ NMNĐT làm vật liệu xây dựng là một áp dụng hiệu quả về kinh tế tuần hồn trong ngành cơng nghiệp Việt Nam. Việc sử dụng tro, xỉ than sẽ đem lại lợi ích kép, thậm chí là 3-4 lần [29].
Một số nội dung đúc rút từ các nghiên cứu trong nước:
Tại Việt Nam, những năm gần đây với sự vào cuộc của Chính phủ, các nghiên cứu về tro, xỉ bắt đầu được quan tâm nhiều hơn và đạt được kết quả trong nghiên cứu
và thực nghiệm. Kết quả từ các nghiên cứu này giúp nâng cao cơ sở khoa học về vật liệu tro, xỉ ở các nhà máy nhiệt điện tại Việt Nam. Các nghiên cứu đã đưa ra các ứng dụng khả thi sử dụng tro, xỉ và đề xuất các giải pháp tăng khả năng sử dụng (tiêu thụ) tro, xỉ theo phạm vi nghiên cứu. Các vấn đề về môi trường do nguy hại từ tro, xỉ đã được nêu ra, tuy nhiên đều nhận định nên sử dụng tro, xỉ như nguồn vật liệu thứ sinh và giảm ảnh hưởng ô nhiễm môi trường. Cần có nhiều các nghiên cứu để tro, xỉ thực sự trở thành mặt hàng thương mại.
Các cơng trình nghiên cứu trong nước thường chỉ đánh giá về mặt kỹ thuật và ứng dụng vào kết cấu hoặc loại hình cơng trình cụ thể, thiếu các nghiên cứu khoa học về vấn đề thúc đẩy sử dung tro, xỉ làm vật liệu xây dựng trong phát triển mơ hình kinh tế tuần hồn.