Thông tin chuyên ngành Xi măng Việt Nam

Ngành công nghiệp xi măng có rất nhiều cơ hội thay thế một phần các loại nguyên liệu và nhiên liệu truyền thống bằng các sản phẩm phụ và chất thải từ các ngành công nghiệp khác. Các hợp chất thay thế này có thể được sử dụng làm nguyên liệu, nhiên liệu hoặc là thành phần của xi măng.

Nhiều loại chất thải hoặc sản phẩm phụ có thể tận dụng nhiệt lượng để thay thế cho các nhiên liệu truyền thống như than, dầu. Các chất thay thế có loại sử dụng được ngay, có loại phải qua sơ chế, nhưng phần lớn đều phải chế biến, pha trộn để đảm bảo sự đồng nhất và không thay đổi tính chất nhiệt.

Các nguyên liệu và nhiên liệu thay thế được lựa chọn có chứa hàm lượng khoáng có ích như silic, canxi, nhôm và sắt có thể được sử dụng như nguyên liệu trong lò thay thế cho đất sét, đá sét hoặc đá vôi. Một số nguyên liệu vừa chứa các khoáng có ích vừa có nhiệt trị nên việc phân biệt giữa nhiên liệu và nguyên liệu thay thế trong một số trường hợp là không rõ ràng. Ví dụ như bùn thải có nhiệt trị thấp, khi cháy trong lò, tro của nó có chứa một số khoáng có ích tham gia vào thành phần clinker.

Một số nguyên liệu được trộn cùng với clinker nghiền mịn có thể tạo ra các loại xi măng với các tính năng khác nhau. Chúng có thể điều chỉnh thời gian đóng rắn của xi măng (thạch cao nhân tạo); chúng có thể có hoạt tính xi măng (xỉ lò cao); chúng có thể là các chất trơ hoàn toàn. Sử dụng các hợp chất thay thế là rất quan trọng trong việc làm giảm tác động đối với môi trường, giảm chi phí năng lượng đồng thời giảm đáng kể lượng khí thải CO2 phát thải trên 1 tấn xi măng sản xuất ra.

Năng lượng và các khoáng thu hồi từ các chất thải sử dụng trong lò xi măng

Hệ thống lò trong các nhà máy xi măng có một số đặc điểm đặc biệt phù hợp cho việc tận dụng thu hồi các khoáng xi măng và năng lượng có hiệu quả từ các nguồn nguyên, nhiên liệu thải:

    • Nhiệt độ trong lò cao, nhiệt độ ngọn lửa tại vòi đốt chính là 2000 độ C, nhiệt độ hình thành clinker là 1450 độ C, và nhiệt độ tại calciner 1000-1200 độ C. Thời gian lưu của khí cháy trong các lò xi măng khoảng trên 5 giây với nhiệt độ lớn hơn 1000 độ C, trong khi đó thời gian lưu khí cháy của các lò đốt chất thải chỉ có 2 giây. Thời gian lưu trong lò của các nguyên liệu rắn từ hàng chục phút đến một giờ tùy thuộc vào công nghệ sản xuất xi măng.

    • Các quá trình nhiệt trong lò xảy ra ở môi trường oxi hóa.

    • Điều kiện oxi hóa và hoạt động ổn định trong lò sẽ đảm bảo để các hợp chất hữu cơ trong chất thải được phân hủy hoàn toàn và chuyển thành nhiệt năng cung cấp cho các quá trình công nghệ.

    • Các nguyên liệu thải trong lò được tiếp xúc với lượng lớn nguyên liệu kiềm mà có khả năng khử các khí tiềm ẩn axit thoát ra từ quá trình cháy.

    • Các hợp chất vô cơ, bao gồm hầu hết các kim loại nặng, tro của nó sau khi cháy sẽ nằm lại trong các hợp chất clinker và xi măng. (*)
    • Quá trình cháy hoàn toàn và tro thì nằm lại trong clinker nên có thể coi quá trình công nghệ tận dụng các nhiên liệu thải hầu hết là không sinh ra tro. (**)

    (*): Một số kim loại năng dễ bay hơi không nằm lại trong clinker cần được đánh giá và điều chỉnh hàm lượng của nó trong các chất thải tận dụng.
    (**): Hợp chất clo, kiềm sinh ra ở dạng bụi hoặc khí từ các nguyên liệu truyền thống trong hệ thống lò được tuần hoàn tách ra ngoài hoặc bị khử.

Căn cứ vào sự khác nhau giữa các công đoạn của quá trình công nghệ, điều quan trọng là phải đưa các nguyên liệu thải vào đúng vị trí để các chất thải được sử dụng trong điều kiện thuận lợi và hiệu quả nhất, đảm bảo quá trình cháy là hoàn toàn, tránh sự hình thành cũng như phân hủy các chất không mong muốn. Ví dụ, với nguyên liệu là hợp chất hữu cơ dễ bay hơi được đưa vào lò xi măng ở vòi đốt chính, ống đứng hoặc tại buồng tiền ung (precalciner), và không được đưa vào cùng các nguyên liệu khác, trừ khi có các kết quả kiểm tra phân tích và chứng minh khí thoát ra không gây ảnh hưởng xấu.
 
Sử dụng các lò xi măng để đốt chất thải

Ở một số nước, các nhà máy xi măng cung cấp dịch vụ xã hội hoặc dịch vụ công nghiệp qua việc đốt chất thải, mặc dù một số rác thải mang lại ít hoặc không hiệu quả vè mặt năng lượng cũng như thành phần khoáng trong clinker. Tại một số khu vực và các quốc gia, việc đốt rác thải được thực hiện do chính phủ yêu cầu hoặc do nhu cầu tiêu hủy ở địa phương. Xử lý chất thải tại các hệ thống lò xi măng là khả thi do nhiệt độ trong lò cao, môi trường oxi hóa, thời gian lưu trong lò dài và khả năng điều chỉnh linh hoạt, hiệu suất thiêu hủy cao.

Các lò xi măng đã được sử dụng để đốt các chất thải từ nhiều năm nay tại một số nước không có nhiều diện tích để làm các bãi rác như: Nhật Bản, Na Uy, Thụy Sĩ... Tại Na Uy, các chất thải PCBs (là một nhóm các hợp chất hữu cơ nhân tọa, bền vững và rất khó phân hủy, có khả năng gây nguy hại cho con người và môi trường) đã được thiêu hủy từ hơn 10 năm. Gần đây, các lò hiện đại đã được sử dụng để thiêu hủy chất thải ở một số nước đang phát triển là những nước thiếu cơ sở hạ tầng cho xử lý chất thải, do đó việc sử dụng lò xi măng là sự lựa chọn hiệu quả kinh tế nhất. Ngay cả một số khu vực có sẵn cơ sở thiêu hủy thì việc xử lý chất thải tại các nhà máy xi măng vẫn có ý nghĩa nhất định do nó làm tăng năng suất tiêu hủy trong trường hợp nhu cầu và lượng rác thải tăng cao.

CSI (Cement Sustainabillity Initiative) đưa ra bài viết này hướng tới áp dụng: Các nguyên lý tương tự để lựa chọn và sử dụng các loại chất thải như đang thực hiện đối với các nguyên, nhiên liệu thay thế. Tất nhiên, việc thực hiện phải tuân thủ nghiêm ngặt các vấn đề môi trường, sức khỏe, tiêu chuẩn an toàn trong khi chất lượng xi măng vẫn được đảm bảo. Việc tiêu hủy các chất thải đòi hỏi quy trình công nghệ phải được kiểm soát chính xác, và phải thường xuyên đo kiểm tra lượng phát thải.