1.3. Một số hướng tận dụng đá mạt trong khai thác đá
1.3.3. Sản xuất cát nhân tạo
a) Tình hình sản xuất và nghiên cứu cát nhân tạo trên thế giới
Cát nghiền đã đƣợc sản xuất và sử dụng rất lâu. Theo các nhà sản xuất và sử dụng ở các nước phát triển như Anh, Pháp, Đức, Mỹ, Trung Quốc… thì hầu như ở tất cả các dây chuyền sản xuất đá xây dựng đều sản xuất đƣợc cát nhân tạo. Các nước thiếu cát tự nhiên phải sử dụng đến cát nhân tạo: Bồ Đào Nha, Pháp, Anh, Italia, Venezuela… và cát nhân tạo đã là nguồn cốt liệu sử dụng chính cho bê tông ở các vùng thiếu cát tự nhiên. Ở Bồ Đào Nha hiện có 75 cơ sở sản xuất với tổng công suất khoảng 800.000 tấn/năm. Ở Anh sản xuất khoảng 700.000 tấn/năm, riêng ở bắc đảo Irland là 450.000 tấn/năm…Đặc biệt cát nhân tạo đƣợc dùng sản xuất dùng cho xây dựng các đập nước lớn như đập Sagulinh ở Indonesia từ đá andesite, đập Chonarit trên sông Lakhdar đông Manakesh từ đá vôi, đập Jebha ở Nigieria từ đá granit, đập Grand Maison của Pháp từ đá gneisquazt, đập Vueltosa của Venezuela [3]. Đặc biệt trong đó Trung Quốc là quốc gia ứng dụng công nghệ này thành công nhất nhƣ đập Tam Hiệp sử dụng cát nghiền cho đập RCC lớn nhất thế giới. Các cở sở sản xuất hiện nay đều ở mức cơ giới hóa và tự động hoán cao, không còn lao
19
động thủ công trên dây chuyền. Toàn bộ hoạt động của dây chuyền sản xuất đƣợc khống chế trong phòng điều khiển. Cốt liệu lớn (từ 5÷80mm) và cốt liệu nhỏ (<5mm) đều đƣợc sản xuất ra trên cùng một dây chuyền. Trong đó đƣợc bổ sung máy cho nghiền cốt liệu nhỏ. Cốt liệu nhỏ (<5mm) đều đƣợc phân thành hai loại cỡ hạt, là:
- Cỡ hạt lớn từ 1,6mm (hoặc 2,5mm) đến 5mm. Cỡ hạt từ 1,6mm (hoặc 2,5mm) là do từng cơ sở sản xuất quy định;
- Cỡ hạt nhỏ là <1,6mm (hoặc <2,5mm).
Tùy theo nhu cầu sử dụng mà phối trộn hai loại cỡ hạt trên theo tỷ lệ yêu cầu. Các dây chuyền sản xuất trên đều có hệ thống rửa cát để tách bớt lƣợng hạt mịn (<0,15mm) và tạp chất bụi khác. Hàm lƣợng bụi (<0,075mm) đƣợc quy định từ 5÷8%. Loại thiết bị đƣợc sử dụng trong dây chuyền là khác nhau, phụ thuộc vào tính chất của đá, thời gian mua sắm thiết bị và công suất dây chuyền.
Trên thế giới có nhiều công ty sản xuất thiết bị công nghệ sản xuất cát nhƣng đáng chú ý nhất là 3 công ty lớn đã cung cấp nhiều thiết bị sản xuất cát nghiền, đó là: Công ty Nordberg (Pháp), Terex (Anh), Svedala (Mỹ). Riêng công ty Nordberg đã cung cấp thiết bị nghiền cát cho các khu vực thuộc Bồ Đào Nha, Italia, Đức, Pháp, Colombia, Tây Ba Nha, Trung Quốc, Venezuela, Indonesia… Công nghệ sản xuất ở các nước gần giống nhau. Công đoạn nghiền chia làm 3 giai đoạn [3], là:
- Nghiền sơ bộ: Máy nghiền hàm;
- Nghiêng trung gian: Máy nghiền hàm, búa, côn;
- Máy nghiền mịn: Máy nghiền búa, côn, que (trong đó máy nghiền côn loại chất lƣợng cao (HP) đã có nhiều lợi thế và thay thế hoàn toàn máy nghiền que).
Trong công nghệ bê tông chất lƣợng cao, bê tông tự lèn... cát nhân tạo còn đƣợc sử dụng nhƣ một thành phần quan trọng trong thành phần cốt liệu. Thông thường ở các nước công nghiệp phát triển, cát nhân tạo được sản xuất ở những vùng thiếu hoặc không có cát tự nhiên và ở hầu hết các cơ sở sản xuất đá xây dựng nhƣ một công đoạn cuối cùng để tận dụng tài nguyên và bảo vệ môi trường. Cát nhân tạo đã trở nên hết sức phổ biến trên thế giới, tại châu Á là Trung Quốc, Nhật Bản,
20 Hàn Quốc...
Các nước công nghiệp phát triển (G8) chế tạo ra thiết bị nghiền rôto trục đứng dùng ổ bi, để nghiền đá thành cát (gọi là cát nhân tạo) từ hơn 20 năm nay. Đến năm 1987, khi Liên Bang Nga phát minh ra "công nghệ gối đệm không khí", công nghệ này ngay lập tức chiếm đƣợc nhiều ƣu thế hơn so với công nghệ rôto bởi những lý do sau:
Thứ nhất, tỷ lệ lƣợng cát thu đƣợc đến 48%, trong khi thiết bị dùng ổ bi chỉ đạt đƣợc 25%.
Công nghệ gối đệm không khí cho chất lƣợng thành phần hạt sản phẩm tốt, đáp ứng đƣợc yêu cầu khắt khe trong sản xuất các loại bê tông nhƣ: bêtông Asphalt, bê tông nhựa microsell, bê tông ximăng, bê tông dầm lăn và các loại bê tông đặc biệt khác. Bên cạnh đó, chi phí sản xuất cát nhân tạo sử dụng công nghệ gối đệm không khí rẻ hơn thiết bị sử dụng ổ bi thông thường khoảng 10 lần.
Thứ hai, ƣu điểm không thể bỏ qua là công nghệ này rất an toàn với môi trường. Do đó, thiết bị sản xuất sử dụng công nghệ gối đệm không khí có thể lắp đặt gần khu dân cƣ.
Phạm vi ứng dụng của công nghệ này khá rộng rãi: ngoài sản xuất cát nhân tạo, nó còn đƣợc dùng để nghiền các loại quặng trong ngành công nghiệp khai thác khoáng sản, sản xuất gạch, sơn, kính và một số ngành công nghiệp khác.
Hiện nay các thiết bị sử dụng công nghệ gối đệm đã đƣợc dùng phổ biến tại Liên Bang Nga, Cộng đồng các quốc gia độc lập và đƣợc xuất khẩu sang Tây Âu, thay thế dần thế hệ thiết bị sử dụng công nghệ vòng bi. Các nước trên thế giới đã nghiên cứu và ứng dụng thành công công nghệ nghiền đá thành cát nhân tạo để thay thế cho cát tự nhiên và đã rất thành công.
Ngày nay, công nghệ này đã trở nên quen thuộc và phổ biến trên thế giới, nó vừa giải quyết tốt bài toán về vật liệu và cả bài toán về kinh tế.
b) Tình hình sản xuất và nghiên cứu cát nhân tạo tại Việt Nam
Từ trước tới nay ở những vùng thiếu cát tự nhiên thì nguồn cung cấp chính là vận chuyển cát tự nhiên từ nơi khác tới. Tuy nhiên việc cung cấp từ xa tới đang và
21
sẽ gặp nhiều khó khăn, chƣa kể nguồn cát tự nhiên ngày càng khan hiếm hơn. Ví dụ: nguồn cung cấp cho tỉnh Bà Rịa Vũng Tàu là từ sông Đồng Nai, do có đập thủy điện Trị An nên cát bị giữ lại ở lòng hồ. Nếu không có biện pháp khắc phục thì trong vài năm tới sẽ không đủ cát để cung cấp [3].
Các công trình ở Việt Nam đã nghiên cứu và sử dụng cát nghiền để thay thế một phần hoặc toàn bộ cát tự nhiên như là đập thủy điện A Vương thay thế một phần cát tự nhiên, đập Sông Tranh 2, đập Sơn La thay thế toàn bộ cát tự nhiên bằng cát nghiền nhân tạo, đập Huội Quảng, đập Bản Chát, Đồng Nai 3 và 4… Ở các công trình này cũng đã có những nghiên cứu đánh giá trước khi đưa vào sử dụng. Tuy nhiên cát nghiền có những tính chất khác với cát tự nhiên, nó phụ thuộc rất nhiều vào thành phần đá gốc tạo thành cũng nhƣ công nghệ nghiền để tạo thành cát. Do đó vẫn cần phải có những nghiên cứu cụ thể và đánh giá kỹ hơn để đảm bảo các điều kiện về kỹ thuật cũng nhƣ giá thành, giúp cho công nghệ vật liệu này trở nên phổ biến.
Một vấn đề nữa cũng nên cần đƣợc quan tâm là làm thế nào để tận dụng đƣợc lƣợng mạt đá trong quá trình nghiền sàng sản xuất đá dăm. Lƣợng mạt đá này tương đối nhiều chiếm từ 10 tới 20%. Nếu ta đem tuyển lựa lại và khống chế các hàm nghiền để lƣợng mạt đá có cấp phối tốt thì ta hoàn toàn có thể sử dụng chúng như cát nhân tạo để thi công. Đặc biệt trong cát nghiền có hàm lượng hạt có đường kính d<0,16mm rất lớn khoảng từ 8-15%, điều này rất có lợi trong công nghệ thi công RCC.
Việc dùng cát nhân tạo của nước ta lâu nay cũng chỉ dừng lại cho các công trình thủy điện, vì ở nơi đèo heo hút gió, còn các công trình khác chủ yếu dùng cát tự nhiên, giá rẻ, khỏi phải đầu tƣ.
Trên thực tế, nguồn cát tự nhiên ngày càng cạn kiệt, việc khai thác cát lậu đã làm ảnh hưởng nặng nề đến môi trường, làm lệch dòng chảy của các con sông và hậu quả rất khó lường. Trong khi đó, cát nhân tạo được nghiền từ đá có khả năng đáp ứng những đòi hỏi khắt khe trong cấp phối bê tông đã đƣợc triển khai tại thị trường phía Nam cách đây 7 - 8 năm, nhưng lại không thể thâm nhập thị trường
22 phía Bắc.
Theo số liệu thống kê, mỗi năm thị trường phía Nam tiêu thụ khoảng 5 triệu m3 cát xây dựng, trong đó cát nhân tạo dùng cho bê tông đƣợc tiêu thụ khoảng 3 triệu m3. Thị trường hiện có khoảng 10 doanh nghiệp sản xuất và phân phối loại cát này.
Đứng trước tình hình khó khăn trên các nhà quản lý và nhân dân đã phần nào có biện pháp khắc phục. Ở Cao Bằng, Sơn La, Hà Giang đã có những máy nghiền cát nhỏ để phục vụ tại chỗ. Họ nghiền cát từ đá dăm có kính thước <60mm từ nguồn đá vôi. Việc sản xuất cát hết sức đơn giản, họ chỉ sử dụng máy nghiền búa, nếu khác hơn thì có thêm sàng để loại bỏ cỡ hạt to (>5mm). Năng suất máy nghiền búa rất nhỏ, chỉ từ 0,5 ÷ 2 tấn/giờ [3].
Hình 1-6: Quy trình sản xuất cát nhân tạo Công ty Sông Đà 7[5]
Mỏ đá
Đá hộc
Đá tảng Đá cốt liệu bê tông thường
Đá mạt
0-10; 0-13; 0-15 mm
- Đá cốt liệu bê tông nhựa
- Đá cốt liệu bê tông mác cao 5,5 - 20 mm
- Đá cốt liệu bê tông nhựa lớp tạo nhám
- Đá cốt liệu bê tông chảy
5,5-12,5;5,5-6,5 mm
Cát nhân tạo 0-5,5 mm
Bột đá 0-0,12 mm
23