Thông tin kết quả nhiệm vụ KH&CN

Hoàn thiện công nghệ xử lý bã thải thạch cao phospho của nhà máy phân bón DAP - Đình Vũ sản xuất phụ gia xi măng, vật liệu làm nền và móng đường giao thông, vật liệu san lấp công trình xây dựng (12/02/2025)

Theo số liệu cập nhật từ Bộ Công thương và Tập đoàn Hóa chất Việt Nam, lượng phát thải thạch cao PG ở nước ta trong năm 2023 khoảng 1.399.540 tấn chủ yếu từ 3 nhà máy: Nhà máy DAP Đình Vũ tại Hải Phòng khoảng 365.000 tấn; Nhà máy DAP số 2 Lào Cai 366.000 tấn; Nhà máy DAP của Công ty CP hóa chất và phân bón Đức Giang - Lào Cai (DAP Đức Giang - Lào Cai) khoảng 668.540 tấn. Lượng tồn trữ bã thải thạch cao đến cuối năm 2023 khoảng hơn 11 triệu tấn, trong đó: nhà máy DAP Đình Vũ tại Hải Phòng tồn trữ 3,58 triệu tấn. Để có thể giải phóng lượng tồn trữ và lượng phát thải còn dư, rất cần các nghiên cứu sử dụng thạch cao phospho làm các vật liệu xây dựng trong đó là vật liệu san lấp, nền và móng đường giao thông.

Kết quả nghiên cứu của dự án hợp tác với Nhật Bản và Công ty cổ phần INA cho thấy, ngoài thiết bị nghiên cứu trong phòng thí nghiệm, Công ty ABE Iron Work có thiết bị trộn và tạo hạt công nghiệp với năng suất từ 250 kg đến 150 tấn/giờ, chuyên xử lý các chất thải công nghiệp, bùn thải. Từ kết quả nghiên cứu đánh giá công nghệ trong phòng thí nghiệm, kết hợp thiết bị ứng dụng công nghiệp trộn tạo hạt của Nhật Bản, Viện Vật liệu xây dựng, Công ty cổ phần DAP - Vinachem, Công ty cổ phần Định Vũ Xanh đã đề xuất và được UBND và Sở KH&CN thành phố Hải Phòng giao thực hiện dự án “Hoàn thiện công nghệ xử lý bã thải thạch cao phospho của nhà máy phân bón DAP - Đình Vũ sản xuất phụ gia xi măng, vật liệu làm nền và móng đường giao thông, vật liệu san lấp công trình xây dựng”.

Phân tích được thực hiện tại Phòng thí nghiệm môi trường Viện Vật liệu xây dựng.

Dự án đã nghiên cứu tổng quan về nguồn gốc, tính chất, ảnh hưởng môi trường của PG. Đồng thời phân tích các quy định trên thế giới và tại Việt Nam về tồn chứa, sử dụng PG, các phương pháp phân tích môi trường làm cơ sở để thực hiện dự án. Nghiên cứu đã thực hiện khảo sát, lấy mẫu và đánh giá về bã thải thạch cao phospho của Nhà máy phân bón
DAP - Đình Vũtại 02 bãi chứa mới thải và lâu dài của Công ty cổ phần DAPVINACHEM, lấy 12 mẫu ở các vị trí khác nhau để đánh giá các tính chất, bao gồm: phân định chất thải nguy hại, phân tích thành phần hóa học, tính chất cơ lý, các ảnh hưởng của môi trường khi sử dụng PG. Kết quả phân tích cho thấy nồng độ ngâm chiết của các thành phần nguy hại trong các mẫu PG đều dưới ngưỡng quy định theo QCVN 07:2009/BTNMT rất nhiều lần. Chỉ số pH của mẫu PG trong khoảng 2,52-2,59; chỉ số này cũng nằm trong ngưỡng giới hạn cho phép từ 2 đến 12,5 theo quy định trong quy chuẩn về ngưỡng chất thải nguy hại. Từ kết quả phân tích có thể kết luận rằng, 12 mẫu PG của DAP Đình Vũ, Hải Phòng không phải là chất thải nguy hại, có thể được quản lý và sử dụng như chất thải rắn thông thường và có thể được sử dụng trong các mục đích khác nhau, đáp ứng được yêu cầu về phân định chất thải nguy hại của QĐ số 1260/QĐ-BXD của Bộ Xây dựng. Theo các kết quả phân tích, một số thành phần trong nước chiết của các mẫu PG nguyên khai sử dụng trong nghiên cứu chưa đáp ứng được yêu cầu về ngưỡng giá trị giới hạn cho phép của QCVN 40:2011/BTNMT và QCVN 09:2023/BTNMT. Các mẫu có tính chất khá tương đồng, đối với bã thải thạch cao được lưu trữ lâu ngày có hàm lượng pH: 3.5-5.5, các mẫu bã thạch cao mới có pH: 2.2-3.0. Do đó trong nghiên cứu này, với mục đích sử dụng một lượng lớn bã thải thạch cao làm vật liệu xây dựng, nên nhóm dự án đã trộn mẫu bã thạch cao mới thành một mẫu để xử lý và thử nghiệm các tính chất của bã thạch cao phospho.

Để dự án sản xuất thử nghiệm được khả thi và công nghệ được hoàn chỉnh, nhóm nghiên cứu đã lấy mẫu bã thải thạch cao phospho tại bãi thải kết hợp hệ phụ gia đã được nghiên cứu với tỷ lệ khảo sát từ 2,5 đến 7% để chạy thử nghiệm trên thiết bị pilot với năng suất 250 kg/giờ nhằm đánh giá các tính chất của sản phẩm gồm: độ ẩm, thời gian tạo hạt, các chỉ tiêu hóa lý, quy trình công nghệ,… Từ các số liệu chạy trên thiết bị pilots VMPC25 sẽ là căn cứ để chạy các thông số trên thiết bị dây chuyền công nghiệp VMPC 1000 - năng suất 30 tấn/giờ. Qua quá trình nghiên cứu hoàn thiện công nghệ xử lý bã thải thạch cao phospho sản xuất phụ gia xi măng, vật liệu nền và móng đường giao thông, vật liệu san lấp cho công trình xây dựng bằng công nghệ trộn khô, tạo hạt, nhóm dự án nhận thấy, các kết quả nghiên cứu tỷ lệ phụ gia và các chế độ công nghệ chạy thử nghiệm pilot thiết bị VMPC25 để đánh giá chất lượng sản phẩm trước khi đưa vào sản xuất thử nghiệm trên thiết bị công nghiệp cho thấy: tỷ lệ phụ gia có thể sử dụng từ 5-7% có thể điều chỉnh thành phần của bã thải thạch cao đảm bảo chế tạo được 03 sản phẩm: phụ gia xi măng, vật liệu san lấp, vật liệu làm nền và móng đường giao thông. Mặc dù có thể sử dụng 01 tỷ lệ phụ gia nhất định, nhưng với mỗi sản phẩm khác nhau đòi hỏi nhu cầu nước và cỡ hạt khác nhau. Đối với ứng dụng cho mục đích làm vật liệu cho móng đường giao thông, để đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật về cơ lý, phải trộn tối thiểu 3% xi măng vào thành phần hỗn hợp thạch cao. Khi trộn xi măng vào hỗn hợp thạch cao cần mang tới công trường thực hiện thi công ngay để đảm bảo tính dẻo và độ ẩm tối ưu của hỗn hợp thạch cao khi thi công móng đường. Đối với ứng dụng làm vật liệu san lấp hoặc nền đường, do chỉ cần đảm vào các yếu tố về môi trường cũng như các tiêu cơ lý (thành phần hạt, CBR, độ trương nở), vì vậy chỉ cần sử dụng phụ gia điều chỉnh. Tỷ lệ phụ gia dùng từ 5-7% trong thành phần. Tuy nhiên, khi bã thải thạch cao có hàm lượng flo và axit lớn buộc phải bổ sung hàm lượng phụ gia để cố kết flo và trung hòa axit tồn chứa, theo tính toán có thể lên tới 10-15% thành phần. Để sản xuất thử nghiệm trên dây chuyền công nghiệp với mục tiêu vừa đảm bảo về kinh thuật vừa tối ưu về hiệu quả kinh tế, nhóm dự án đã lựa chọn các cấp phối bao gồm: với mục đích làm phụ gia xi măng sử dụng cấp phối 5FC1, với mục đích làm vật liệu cho nền đường giao thông và vật liệu san lấp nhóm dự án lựa chọn cấp phối 7FC1. Nghiên cứu cũng đã xây dựng sơ đồ công nghệ và quy trình kiểm soát chất lượng sản phẩm dựa trên các kết quả nghiên cứu trong phòng thí nghiệm.

Nghiên cứu đã thiết kế, lắp đặt dây chuyển thiết bị xử lý bã thải thạch cao phospho làm phụ gia sản xuất xi măng, vật liệu làm nền và móng đường giao thông, vật liệu san lấp công trình xây dựng với công suất 250.000 tấn/năm bằng công nghệ trộn khô, tạo hạt. Bên cạnh đó đã sản xuất thử nghiệm trên dây chuyền thành công 30.000 tấn cho các mục đích khác nhau: sản xuất 10.000 tấn thạch cao phospho sử dụng cấp phối 5FC1 làm phụ gia xi măng đáp ứng TCVN 11833, sản xuất 20.000 tấn thạch cao phospho sử dụng cấp phối 7FC1 làm nền đường và vật liệu san lấp đáp ứng TCVN 9436. Các cấp phối sau khi được phân tích nước chiết theo tiêu chuẩn ASTM D3987 đều thoả mãn yêu cầu theo QCVN40/BTNMT theo cả 2 cột A và B, hoàn toàn có thể sử dụng làm nền đường và vật liệu san lấp mà không phải lo ngại đến vấn đề ô nhiễm nguồn nước. Nghiên cứu cũng tính toán tối ưu thời gian vận hành quy trình công nghệ xử lý bã thải thạch cao phospho là yếu tố then chốt giúp nâng cao hiệu quả sản xuất và giảm chi phí. Bằng cách xác định và tối ưu hóa các thông số thời gian cho từng giai đoạn, quy trình không chỉ đảm bảo chất lượng sản phẩm mà còn đạt được năng suất cao, tiết kiệm năng lượng và chi phí vận hành. Trên cơ sở đó đã tối ưu được thời gian trộn và tạo hạt trên thiết bị viber exploxer với thời gian 40 giây để hỗn hợp đạt được sự đồng nhất và thành phần hạt như mong muốn. Công nghệ trộn khô và tạo hạt cho sản phẩm có chất lượng, ổn định và độ đồng đều cao về cả chỉ tiêu cơ lý và môi trường, qua đó hoàn toàn có thể sử dụng loại công nghệ này để sản xuất thực tế.

Với kết quả trên, nhóm nghiên cứu đã lắp đặt thành công dây chuyền thiết bị xử lý bã thạch cao phospho đạt công suất thiết kế 30 tấn/giờ, sản phẩm sau xử lý là 03 loại sản phẩm: phụ gia sản xuất xi măng, vật liệu làm nền và móng đường giao thông, vật liệu san lấp cho công trình xây dựng. Các sản phẩm chế tạo trong cùng một dây chuyền thiết bị, tiện lợi cho quá trình sản xuất và kiểm soát chất lượng sản phẩm. Sản phẩm sau khi sản xuất đều đáp ứng chỉ tiêu kỹ thuật theo yêu cầu của tiêu chuẩn TCVN 11833:2017 thạch cao phospho làm phụ gia cho xi măng; TCVN 14235:2024 Hỗn hợp thạch cao phospho làm vật liệu san lấp; TCVN 14236:2024 Hỗn hợp thạch cao phospho vật liệu làm nền và móng đường giao thông. Chất lượng sản phẩm đảm bảo điều kiện môi trường nước chiết theo QC40:2021/BTNMT. Sản phẩm được sản xuất trên thiết bị VMPC 1000 là thiết bị chuyên dụng xử lý các chất thải công nghiệp ở dạng bùn thải (bùn có độ ẩm), các vật liệu xử lý được các thanh trộn - đập - nghiền - chà sát vật liệu với phụ gia, sản phẩm được đồng nhất nhờ quá trình nghiền - đập - chà sát cơ học và phản ứng hóa học trực tiếp trong quá trình nghiền trộn. Chất lượng sản phẩm được đảm bảo quá trình nghiền - trộn đồng nhất, sản phẩm sau khi ra khỏi thiết bị đã đảm bảo độ pH theo yêu cầu. Chi phí sản xuất xử lý bã thải thạch cao phospho trên dây chuyền thiết bị có giá 209.000 đồng/ tấn đối với phụ gia xi măng; giá khoảng 170.000 đồng/tấn đối với vật liệu san lấp/ nền đường và 185.000 đồng đối với vật liệu làm móng đường giao thông. Dây chuyền thiết bị có năng suất cao đảm bảo và vượt năng suất thiết kế, tiêu thụ năng lượng khi sản xuất thực tế được ước tính khoảng 10.000 đồng/tấn sản phẩm. Với sản lượng sản phẩm được sản xuất trên dây chuyền quy mô công nghiệp, khẳng định là dây chuyền chạy ổn định và hoàn toàn có thể nâng công suất để dảm bảo năng suất.

Có thể tìm đọc toàn văn Báo cáo kết quả nghiên cứu tại Trung tâm Thông tin, Thống kê khoa học và công nghệ Hải Phòng./.