» Một nghiên cứu mới cho thấy xử lý ở mức 450°C có thể khôi phục khả năng kết dính của bụi thải từ sản xuất tấm xi măng sợi gỗ, qua đó tạo ra vật liệu mới thân thiện môi trường, giảm phát thải và mở rộng hướng tiếp cận kinh tế tuần hoàn trong ngành xi măng.
Ngành xi măng đang chịu áp lực ngày càng lớn từ chi phí sản xuất và yêu cầu cắt giảm phát thải carbon. Trong bối cảnh đó, các giải pháp tận dụng chất thải giàu thành phần xi măng theo hướng tái hoạt hóa bằng nhiệt ở nhiệt độ thấp đang nổi lên như một lựa chọn tiềm năng, vừa giúp giảm phụ thuộc clinker vừa hạn chế phát thải trong toàn bộ vòng đời vật liệu.
Hướng tiếp cận tái hoạt hóa bằng nhiệt ở nhiệt độ thấp
Nghiên cứu công bố trên Scientific Reports tập trung vào việc tái hoạt hóa bằng nhiệt đối với bụi mài phát sinh trong quá trình sản xuất tấm xi măng sợi gỗ. Đây là loại chất thải có cấu trúc phức hợp giữa thành phần hữu cơ và khoáng, vốn khó tái sử dụng hiệu quả theo các phương pháp truyền thống.
Thay vì áp dụng quá trình nung lại ở mức nhiệt cao khoảng 1.450°C như trong sản xuất clinker, nhóm nghiên cứu lựa chọn ngưỡng 450°C. Mức nhiệt này đủ để làm biến đổi các pha hydrat trong xi măng đã đóng rắn, đặc biệt là portlandite (Ca(OH)₂), nhưng vẫn thấp hơn ngưỡng phân hủy cacbonat khoảng 600°C.
Cách tiếp cận này tạo ra một điểm cân bằng quan trọng. Các hợp chất chứa nước trong cấu trúc xi măng bị khử nước và chuyển hóa thành các pha có hoạt tính, trong khi calcite vẫn được giữ ổn định. Điều này đồng nghĩa với việc carbon đã được lưu giữ trong vật liệu không bị giải phóng trở lại môi trường.
Khôi phục khả năng kết dính và cải thiện tính chất vật liệu
Hiệu quả kết dính và ứng dụng vật liệu nhẹ của chất thải xi măng sợi gỗ sau xử lý nhiệt.
Kết quả cho thấy quá trình tái hoạt hóa bằng nhiệt giúp cải thiện rõ rệt các đặc tính của vật liệu sau xử lý. Kích thước hạt trung bình giảm từ 29,21 µm xuống còn 19,11 µm, tương đương mức giảm khoảng 35%, trong khi diện tích bề mặt riêng tăng từ 2.420 lên 2.996 cm²/g, tạo điều kiện thuận lợi cho phản ứng thủy hóa khi tái sử dụng làm chất kết dính.
Đáng chú ý, thời gian bắt đầu đông kết được rút ngắn từ hơn 9 giờ xuống còn khoảng 40 phút. Cường độ nén sau 28 ngày tăng khoảng 8 lần, từ 1,59 MPa lên 13,05 MPa, cho thấy khả năng kết dính đã được phục hồi một cách hiệu quả.
Các phân tích khoáng vật cũng xác nhận sự hình thành các pha có hoạt tính như larnite, bên cạnh quá trình phân hủy các pha hydrat ban đầu. Đây là cơ sở để khẳng định cơ chế tái hoạt hóa không chỉ dừng ở việc khử nước mà còn tạo ra cấu trúc khoáng có khả năng tham gia phản ứng trở lại.
Tiềm năng ứng dụng và ý nghĩa giảm phát thải
Một trong những điểm đáng chú ý của nghiên cứu là khả năng ứng dụng trực tiếp vật liệu sau tái hoạt hóa vào sản xuất các biocomposite nhẹ. Khi phối trộn với chất độn từ chính nguồn thải trong dây chuyền, vật liệu mới đạt khối lượng thể tích thấp hơn và hệ số dẫn nhiệt giảm từ 0,075 xuống 0,068 W/(m•K), cho thấy khả năng cách nhiệt được cải thiện.
Ở góc độ môi trường, đánh giá vòng đời cho thấy tiềm năng giảm tới 63% phát thải so với xi măng thương mại CEM II. Ngoài ra, các sản phẩm biocomposite sử dụng chất kết dính tái hoạt hóa cũng ghi nhận mức phát thải thấp hơn đáng kể trong quá trình sản xuất, dao động từ 10 - 42 kg CO₂ tương đương.
Hướng đi này mở ra khả năng chuyển đổi chất thải công nghiệp thành nguyên liệu thứ cấp có giá trị, góp phần giảm áp lực lên tài nguyên tự nhiên và hạn chế phát sinh khí nhà kính.
Triển vọng ứng dụng trong ngành xi măng
Kết quả nghiên cứu cho thấy tái hoạt hóa bằng nhiệt ở mức nhiệt thấp có thể trở thành một giải pháp tiềm năng trong chiến lược giảm hệ số clinker và phát triển vật liệu xây dựng bền vững. Việc tận dụng các dòng chất thải giàu thành phần xi măng theo hướng này không chỉ giúp nâng cao hiệu quả sử dụng tài nguyên mà còn phù hợp với xu hướng kinh tế tuần hoàn.
Trong điều kiện thực tiễn, khả năng mở rộng công nghệ sẽ phụ thuộc vào đặc tính của từng loại chất thải và mức độ tích hợp với dây chuyền sản xuất hiện hữu. Tuy nhiên, cách tiếp cận tái kích hoạt có kiểm soát, kết hợp giữa hiệu quả kỹ thuật và lợi ích môi trường, đang cho thấy tiềm năng trở thành một hướng nghiên cứu ứng dụng đáng chú ý trong giai đoạn chuyển dịch của ngành xi măng.
Tóm lại. dù vẫn cần thêm các nghiên cứu ở quy mô lớn và đánh giá khả năng triển khai trong điều kiện sản xuất thực tế, hướng tái hoạt hóa bằng nhiệt ở nhiệt độ thấp cho thấy một cách tiếp cận khả thi nhằm xử lý hiệu quả các dòng chất thải giàu thành phần xi măng. Trong bối cảnh ngành xi măng đẩy mạnh giảm phát thải và tối ưu tài nguyên, các giải pháp như vậy không chỉ mang ý nghĩa về mặt kỹ thuật mà còn góp phần định hình lộ trình chuyển đổi sang mô hình sản xuất tuần hoàn và phát thải thấp trong dài hạn.
Cem.Info
