Nghiên cứu đánh giá thực trạng quản lý, sử dụng xỉ luyện gang, xỉ luyện thép thu được từ quá trình sản xuất gang, thép tại Việt Nam và đề xuất các biện pháp quản lý xỉ luyện gang, xỉ luyện thép

Ths. Nguyễn Thị Hằng

Viện Luyện kim đen

1. Mở đầu

Xỉ là các sản phẩm phụ của quá trình luyện kim. Ngành công nghiệp sản xuất gang và thép tạo ra các loại xỉ khác nhau. Xỉ lò cao là sản phẩm phụ của quá trình sản xuất gang có hàm lượng SiO₂ cao, do đó xỉ lò cao khi được làm nguội nhanh có cấu trúc vô định hình và các tính chất puzolan (đá bazan). Do tính chất đó có lợi cho xi măng, xỉ lò cao phát sinh mỗi năm được sử dụng hoàn toàn cho ngành công nghiệp xi măng và bê tông. Khác với xỉ lò cao, xỉ luyện thép tạo ra từ quá trình sản xuất và tinh luyện thép, hiện nay chưa được sử dụng nhiều trong thực tế.

Trên thế giới, các nước có ngành công nghiệp luyện kim phát triển đã có nhiều nghiên cứu về xỉ luyện gang, xỉ luyện thép sử dụng làm phụ gia khoáng cho xi măng, bê tông, vữa, cốt liệu cho bê tông, vật liệu cho đường giao thông, xây dựng. Có thể sử dụng xỉ hạt lò cao thay thế đến 20 ÷ 80% lượng clanke trong sản xuất xi măng mang lại hiệu quả về kinh tế, môi trường rất lớn. Đối với xỉ luyện thép khi đưa vào sử dụng cần phải xử lý để hạn chế ảnh hưởng của các tác nhân gây nở, ảnh hưởng tới môi trường (như xử lý loại bỏ CaO tự do bằng nước…), giảm hàm lượng sắt. Xỉ luyện gang làm nguội chậm và xỉ luyện thép sau xử lý, gia công cỡ hạt thích hợp có thể sử dụng làm vật liệu đường giao thông, xây dựng.

Tại Việt Nam, xỉ luyện gang, xỉ luyện thép đang phát thải với khối lượng tăng nhanh chóng trong những năm gần đây và những năm sắp tới. Năm 2016, các cơ sở sản xuất gang, thép trong nước đạt sản lượng 2,6 triệu tấn gang và 7,0 triệu tấn phôi thép. Để sản xuất một tấn gang phải thải ra từ 0,3 ÷ 0,4 tấn xỉ lò cao. Để sản xuất một tấn thép thải ra từ 0,15 ÷ 0,2 tấn xỉ luyện thép. Dự  báo đến năm 2020, khi các dự án sản xuất gang, thép lớn  đi vào hoạt động, lượng xỉ tạo ra có thể đạt 5 ÷ 7 triệu tấn, đến năm 2025 có thể đạt 10 triệu tấn, vì vậy đòi hỏi phải có các giải pháp để thúc đẩy việc xử lý, tái chế và sử dụng nhằm hạn chế việc tồn chứa gây tốn diện tích bãi chứa và ảnh hưởng đến môi trường. Lượng xỉ từ ngành công nghiệp gang, thép tại Việt Nam hiện nay chủ yếu chỉ sử dụng một phần xỉ hạt từ luyện gang lò cao, phần xỉ hạt lò cao còn lại đang được xuất khẩu (do lượng xỉ hạt sử dụng cho sản xuất xi măng trong nước dư thừa) sang các nước khác với thuế xuất là 5 ÷ 10%.

Ngày 01/01/2016, theo quy định của Bộ Tài chính tại Thông tư 182/2015/TT -BTC, mặt hàng xỉ và vụn xỉ được điều chỉnh tăng mức thuế suất xuất khẩu. Việc điều chỉnh này xuất phát từ mối lo ngại có gian lận thương mại khi xuất khẩu quặng kim loại thì khai báo là mặt hàng xỉ. Vì vậy, để thuận lợi cho doanh nghiệp và nhà quản lý, cần phải xác định đặc trưng đặc tính của xỉ gang, thép và đưa ra các tiêu chuẩn về đặc tính cơ bản của xỉ luyện gang, luyện thép để phân biệt với các loại quặng.

2. Nội dung và phương pháp nghiên cứu

2.1 Nội dung nghiên cứu

Mục tiêu chính của nghiên cứu này là khảo sát, đánh giá thực trạng xỉ luyện gang, xỉ luyện thép trên thế giới và Việt Nam từ đó đề xuất các biện pháp quản lý, sử dụng xỉ gang, thép trong nước. Với mục đích này, đề tài cần nghiên cứu xác định các đặc tính cơ bản của các loại xỉ luyện gang, luyện thép để phân biệt với các loại quặng kim loại, từ đó xây dựng các dự thảo tiêu chuẩn cho xỉ luyện gang và xỉ luyện thép. Nội dung chính của nghiên cứu này như sau:

– Nghiên cứu đánh giá thực trạng sử dụng và quản lý xỉ luyện gang, xỉ luyện thép trên thế giới (nghiên cứu và tham khảo tài liệu, kinh nghiệm của một số nước như Nhật Bản, Australia, Đài Loan, Trung Quốc);

– Khảo sát, đánh giá hiện trạng phát sinh xỉ, thành phần xỉ, sử dụng xỉ và quản lý xỉ luyện gang, xỉ luyện thép tại một số cơ sở sản xuất gang, thép tại Việt Nam, đánh giá kết quả khảo sát;

– Lấy mẫu và phân tích (thành phần hóa, độ kiềm xỉ, độ hạt, tính chất cơ) xỉ luyện gang, xỉ luyện thép tại các cơ sở sản xuất gang, thép của Việt Nam; đánh giá kết quả phân tích thành phần xỉ;

– Nghiên cứu đề xuất các biện pháp quản lý xỉ luyện gang, xỉ luyện thép;

– Nghiên cứu xây dựng Dự thảo tiêu chuẩn xỉ luyện gang, xỉ luyện thép phục vụ công tác quản lý;

– Dự thảo tiêu chuẩn xỉ luyện gang (lò cao) – Đặc tính kỹ thuật cơ bản;

– Dự thảo tiêu chuẩn xỉ luyện thép – Đặc tính kỹ thuật cơ bản.

2.2 Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu tài liệu: Nghiên cứu từ các tài liệu quốc tế về hình thành, phát sinh, quản lý và sử dụng xỉ. Các đặc tính cơ bản như: Thành phần hóa học, thành phần khoáng vật, tỷ trọng và khối lượng thể tích của xỉ phát sinh trong ngành công nghiệp luyện kim đen;

Khảo sát, đánh giá thực trạng: Đánh giá thực trạng tại các đơn vị sản xuất bao gồm: Quá trình hình thành, phát sinh, quản lý và sử dụng xỉ. Các đặc tính cơ bản: Thành phần hóa học của xỉ được phân tích tại nhà máy sản xuất gang, thép;

Nghiên cứu thực nghiệm: Các mẫu xỉ luyện gang, luyện thép được lấy từ các đơn vị sản xuất gang, thép được gia công, thực hiện một loạt các thử nghiệm để xác định: Thành phần hóa học, thành phần khoáng, khối lượng thể tích khô của xỉ.

3. Kết quả đạt được

3.1 Tổng quan xỉ luyện gang, xỉ luyện thép trên thế giới

3.1.1 Xỉ luyện gang, xỉ luyện thép

Xỉ luyện gang, luyện thép là những sản phẩm phụ của quá trình luyện kim đen. Tùy vào loại lò luyện trong quá trình sản xuất gang và thép sẽ tạo ra loại xỉ khác nhau. Xỉ lò cao là sản phẩm phụ của quá trình sản xuất gang và nó được phân loại thành: xỉ cục, xỉ hạt và xỉ bọt dựa trên quá trình làm nguội xỉ nóng chảy sau khi ra lò. Xỉ lò cao được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp xi măng. Ba loại xỉ thép tạo ra từ các quy trình sản xuất thép là xỉ lò chuyển, xỉ lò điện hồ quang và xỉ lò tinh luyện. Sau khi ra lò, xỉ thép đi qua một vài quy trình. Những quy trình chính bao gồm làm nguội, nghiền, thu hồi kim loại và đưa ra bãi chứa. Xỉ thép có các tính chất trương nở do trong thành phần hóa học có các thành phần không ổn định về thể tích. So với xỉ lò cao, các nghiên cứu về tính chất của xỉ thép và ứng dụng của nó trong ngành xây dựng chưa nhiều. Mỗi năm, một lượng lớn xỉ thép được dự trữ bởi các công ty chế biến xỉ hoặc được gửi tới các bãi thải xỉ.

3.1.2 Đặc tính kỹ thuật đặc trưng của xỉ luyện gang, thép trên thế giới

Hầu hết các tài liệu nghiên cứu trên thế giới về xỉ luyện gang, xỉ luyện thép tập trung chủ yếu vào thành phần hóa học, thành phần khoáng học, có một số tài liệu đề cập đến tỷ trọng,  khối lượng thể tích xốp. Cấu trúc của xỉ luyện kim đen có thể khác nhau từ tinh thể đến vô định hình (thủy tinh) tùy thuộc vào thành phần hóa học và quá trình xử lý xỉ.

a) Xỉ luyện gang lò cao

– Thành phần hóa học chính của xỉ lò cao gồm có: ôxit silic, ôxit nhôm, ôxit canxi và ôxit magiê – chiếm khoảng 95% tổng thành phần. Hàm lượng CaO, SiO₂, Al₂O₃, MgO trong xỉ lò cao có thể dao động từ 30 – 45%, 27 – 40%, 8 – 22%, 3 – 16%, MnO không đáng kể: 0,4 – 1,0%.

– Thành phần khoáng vật: Khoáng vật điển hình của xỉ cục lò cao bao gồm các dung dịch rắn của các oxít canxi, silic, nhôm, magiê. Thành phần khoáng vật của xỉ hạt là vô định hình.

– Khối lượng riêng: Xỉ cục trong khoảng 2,45 – 2,55 g/cm³. Xỉ hạt trong khoảng 2,25 – 2,95 g/cm³.

– Khối lượng thể tích khô thường dao động trong khoảng 689 – 1400 kg/m³.

b) Xỉ luyện thép

– Xỉ luyện thép lò chuyển:

+ Thành phần hóa học: Hàm lượng CaO, SiO₂, MgO, MnO và FeO + Fe₂O₃ của các mẫu xỉ luyện thép lò BOF thường trong khoảng 30 – 60%, 1 – 20%, 5 -15%, 3 – 8% và 15 – 30%.

 + Thành phần khoáng vật: Dicciumsilicate (C₂S hoặc 2CaO.SiO₂), wustite (FeO), Ferit (Fe₃O₄) và các dung dịch rắn của ôxit sắt (FeO) và (MgO).

+ Khối lượng riêng: Trong khoảng 3,2 – 3,6 g/cm³.

+ Khối lượng thể tích xốp của xỉ thép lò chuyển trong khoảng 1400 ÷ 1800 kg/m³.

– Xỉ luyện thép lò điện hồ quang:

+ Thành phần hóa học: Hàm lượng CaO, SiO2, Al₂O₃, MgO, MnO và FeO + Fe₂O₃ tương ứng trong khoảng 20 – 55%, 8 – 25%, 1 – 6%, 5 – 15%, 2 – 8% và 10 – 35%.

+ Thành phần khoáng vật: Có CaO và MgO tự do cùng với các khoáng chất phức tạp khác và dung dịch rắn của CaO, FeO và MgO.

+ Khối lượng riêng: Trong khoảng 3,2 – 3,6 g/cm³.

+ Khối lượng thể tích xốp của xỉ thép lò điện hồ quang trong khoảng 1500 ÷ 2100 kg/m³;

c) Xỉ luyện thép lò tinh luyện

+ Thành phần hóa học: Hàm lượng CaO, SiO₂, Al₂O₃, MgO, MnO và FeO + Fe₂O₃ tương ứng trong khoảng 30 – 60%, 2 – 35%, 5 – 35%, 1 – 10%, 0 -5% và 0,1 – 15%.

+ Thành phần khoáng vật: Có CaO và MgO tự do cùng với các dạng vô định hình của C₂S (Ca₂SiO₄), cùng với các khoáng chất phức tạp khác như: Mayenite (12CaO7Al₂O₃, Ca₁₂Al₁₄O₃₃, C₁₂A₇), periclase (MgO), gehlenite (2CaOAl₂O₃SiO₂, Ca₂Al₂SiO₇), larnite (β-2CaOSiO₂, β-Ca₂SiO₄), shannonite (γ-2CaOSiO₂, γ-Ca₂SiO₄), và tricalcium aluminate (3CaOAl₂O₃, Ca₃Al₂O₆, C₃A).

3.1.3 Quản lý và sử dụng xỉ luyện gang, luyện thép trên thế giới

Quản lý xỉ luyện gang, xỉ luyện thép cũng như chất thải rắn trong ngành công nghiệp thép trên thế giới hiện nay được phân loại rộng rãi trong “4Rs” tức là giảm, tái sử dụng, tái chế và khôi phục nguyên vật liệu. Tái sử dụng và tái chế toàn bộ chất thải rắn phát sinh trong quá trình sản xuất thép là giải pháp khả thi trong việc tiến đến mục tiêu công nghệ sản xuất thép sạch, xanh và không có chất thải, dẫn đến sự phát triển bền vững của ngành công nghiệp thép.

Quản lý xỉ luyện gang, xỉ luyện thép đã trở nên quan trọng trong ngành thép do các quy định nghiêm ngặt về môi trường. Mặt khác, với sự thiếu hụt năng lượng và vật liệu ngày càng tăng, xỉ luyện gang, xỉ luyện thép được coi là một trong những nguồn tiềm năng của ngành thép để giảm thiểu việc tạo ra chất thải rắn và tối đa hoá việc tái chế các chất thải thu được. Các nước có nền công nghiệp gang, thép phát triển đều có quy định pháp lý, hướng dẫn sử dụng và lưu thông, tái sử dụng xỉ luyện gang, xỉ luyện thép làm nguyên liệu của các ngành công nghiệp khác. Một số quy định về quản lý và sử dụng xỉ gang thép được áp dụng như sau:

+ Kiểm toán xỉ trong ngành luyện kim đen để xác định nguồn, số lượng và phân loại.

+ Quản lý nguyên nhân phát sinh xỉ luyện kim đen.

+ Yêu cầu sử dụng các công nghệ tiên tiến trong sản xuất có khả thi về kinh tế để giảm thiểu chất thải.

+ Ưu tiên nghiên cứu các công nghệ xử lý xỉ luyện kim đen làm nguyên liệu thô của các ngành công nghiệp liên quan trên cơ sở tránh ô nhiễm thứ thấp.

+ Xây dựng hàng loạt các chương trình sử dụng tích hợp, từ quy trình hệ thống công nghiệp đến hệ thống sản phẩm.

+ Phát triển công nghệ hội tụ các sản phẩm có tính cạnh tranh trên cơ sở chế biến sâu các chất thải và các sản phẩm phụ.

+ Coi xỉ luyện kim đen là nguyên liệu tiềm năng được tái sử dụng.

3.2 Đánh giá hiện trạng phát sinh, đặc tính kỹ thuật cơ bản của xỉ trong các nhà máy luyện gang, thép tại Việt Nam

Qua khảo sát hiện trạng xỉ luyện gang, xỉ luyện thép tại các đơn vị sản xuất gang, thép tại Việt Nam và kết quả nghiên cứu đặc tính thành phần hóa học và khối lượng thể tích xốp của xỉ, nhóm thực hiện đề tài có một số nhận xét sau:

3.2.1 Xỉ luyện gang lò cao

– Thành phần hóa học: Xỉ lò cao luyện gang tại Việt Nam cũng có bốn thành phần chính là: Ôxit silic, ôxit nhôm, ôxit canxi và ôxit magiê. Hàm lượng CaO, SiO₂, Al₂O₃, MgO trong xỉ lò cao có thể dao động từ 29 – 45%, 27 – 40%, 8 – 22%, 3 – 16%.

– Thành phần khoáng vật: Từ các phân tích thành phần khoáng vật bằng nhiễu xạ rơnghen trên một số mẫu xỉ luyện gang cho thấy: Xỉ hạt có cấu trúc vô định hình còn xỉ cục có cấu phức tạp với các đỉnh phản ánh các pha tinh thể như: Ca₂SiO₄Ca₃SiO₅.

– Khối lượng thể tích khô của xỉ hạt với cấp hạt 0 ÷ 5 mm thường dao động trong khoảng 700 – 1300 kg/m³; xỉ cục với cấp hạt 0 ÷ 20 mm trong khoảng 1100 ÷ 1300 kg/m³.

3.2.2 Xỉ luyện thép

a) Xỉ luyện thép lò chuyển

– Thành phần hóa học: Hàm lượng CaO, SiO₂, Al₂O₃, MgO, MnO và Fe_tổng của các mẫu xỉ luyện thép lò chuyển thường dao động trong khoảng 35 – 60%, 9 – 24%, 1 – 2,5%, 5 – 15%, 3 – 8% và < 20%.

– Thành phần khoáng vật: Từ các phân tích thành phần khoáng vật bằng nhiễu xạ rơnghen trên một số mẫu xỉ luyện thép cho thấy cấu trúc phức tạp với nhiều đỉnh chồng chéo phản ánh các pha tinh thể có trong xỉ thép. Các pha tinh thể xuất hiện trên các mẫu xỉ thép gồm: FeO, Fe₂O₃, Ca₂SiO₄Ca₃SiO₅, CaCO₃, Ca(OH)₂, CaAl₄Fe₈O₁₉, SiO₂, CaO.

– Khối lượng thể tích xốp của xỉ thép lò chuyển với cấp hạt 0 ÷ 20 mm dao động trong khoảng 1400 ÷ 2100 kg/m³.

b) Xỉ luyện thép lò điện hồ quang

– Thành phần hóa học: Hàm lượng CaO, SiO₂, Al₂O₃, MgO, MnO và Fe_tổng của các mẫu xỉ luyện thép lò điện hồ quang dao động trong khoảng 15 – 65%, 4 – 26%, 1 – 16%, 0,5 – 15%, 2 – 8% và < 30%.

– Thành phần khoáng vật: Từ các phân tích thành phần khoáng vật bằng nhiễu xạ rơnghen trên một số mẫu xỉ luyện thép cho thấy cấu trúc phức tạp với nhiều đỉnh chồng chéo phản ánh các pha tinh thể có trong xỉ thép. Các pha tinh thể xuất hiện trên các mẫu xỉ thép gồm: Ca₂SiO₄Ca₃SiO₅; CaAl₄Fe₈O₁₉; FeO.

– Khối lượng thể tích xốp của xỉ thép lò điện hồ quang với cấp hạt 0 ÷ 20 mm dao động  trong khoảng 1400 ÷ 2100 kg/m³.

c) Xỉ luyện thép lò tinh luyện

– Thành phần hóa học: Hàm lượng CaO, SiO₂, Al₂O₃, MgO, MnO và Fe_tổng của các mẫu xỉ luyện thép lò tinh luyện dao động trong khoảng 30 – 60%, 2 – 35%, 5 – 35%, 1 – 10%, 0 – 5% và 0,1 – 15%.

– Thành phần khoáng vật: Có các tinh thể: Ca₂SiO₄Ca₃SiO₅; CaCO₃; Ca(OH)₂; CaAl₄Fe₈O₁₉; SiO₂.

– Khối lượng thể tích xốp của xỉ thép lò tinh luyện với cấp hạt 0 ÷ 5 mm  trong khoảng 800 ÷ 1500 kg/m³.

d) Xỉ luyện thép lò điện cảm ứng

– Thành phần hóa học: Hàm lượng CaO, SiO₂, MgO và FeO + Fe₂O₃ của các mẫu xỉ luyện thép lò điện cảm ứng tương ứng là 38 – 52%, 13 – 18%, 10 – 14%, và 0,7 – 0,8%.

– Thành phần khoáng vật: Phân tích thành phần khoáng vật bằng nhiễu xạ rơnghen trên mẫu xỉ luyện thép lò cảm ứng cho thấy có pha tinh thể có trong xỉ. Pha tinh thể xuất hiện trên các mẫu xỉ thép gồm: Cristobalit (SiO₂).

– Khối lượng thể tích xốp của xỉ thép lò điện cảm ứng với cấp hạt 0 ÷ 20 mm trong khoảng 1500 ÷ 1900 kg/m³.

3.3 Nghiên cứu đề xuất các biện pháp quản lý xỉ luyện gang, luyện thép

3.3.1 Hiện trạng tiêu chuẩn, hướng dẫn sử dụng xỉ luyện gang, luyện thép

Hệ thống tiêu chuẩn Việt Nam:

Xỉ lò cao:

+ Xỉ hạt lò cao làm nguyên liệu cho sản xuất xi măng:

TCVN 4315:2007: Xỉ hạt lò cao dùng để sản xuất xi măng.

TCVN 4316:2007: Xi măng poóc lăng xỉ lò cao.

TCVN 8265:2009: Xỉ hạt lò cao – Phương pháp phân tích hóa học.

+ Xỉ cục lò cao (xỉ lò cao làm nguội chậm): Chưa có TCVN.

Xỉ luyện thép: Chưa có TCVN

Về hướng dẫn sử dụng xỉ: Ngày 16 tháng 5 năm 2017, Bộ xây dựng đã có quyết định Ban hành chỉ dẫn kỹ thuật “Xỉ gang và xỉ thép sử dụng làm vật liệu xây dựng”.

Hệ thống TCVN về xỉ luyện kim đen còn thiếu, đang là rào cản đối với việc ứng dụng rộng rãi của xỉ trong thực tế. Để thúc đẩy xử lý tái chế, sử dụng xỉ, hệ thống các TCVN về xỉ cần được nghiên cứu, xây dựng ban hành để làm thuận lợi hóa cho công tác xử lý tái chế, sử dụng, cũng như công tác quản lý của cơ quan nhà nước đối với xỉ gang, xỉ thép tại Việt Nam.

Từ nghiên cứu tài liệu về xỉ luyện gang, luyện thép trên thế giới và khảo sát đánh giá thực trạng đặc tính kỹ thuật xỉ luyện gang, luyện thép ở Việt Nam. Trong phạm vi yêu cầu của đề tài, chúng tôi đưa ra một số đặc tính cơ bản của xỉ luyện gang, thép chủ yếu cần được xác định là: Đặc điểm chung, thành phần hóa học, khối lượng thể tích xốp của xỉ luyện gang, luyện thép để xây dựng dự thảo TCVN về xỉ luyện gang và xỉ luyện thép.

3.3.2 Nghiên cứu đề xuất các lĩnh vực sử dụng và biện pháp quản lý

Hiện nay, tại Việt Nam xỉ hạt lò cao được sử dụng làm nguyên liệu cho ngành sản xuất xi măng, tuy nhiên lượng xỉ hạt trong nước vẫn còn dư thừa và đang được các đơn vị xuất khẩu. Có nhiều công trình nghiên cứu, ứng dụng xỉ cục (xỉ lò cao làm nguội chậm) và xỉ luyện thép để sản xuất gạch không nung, xi măng, bê tông, các công trình giao thông, tuy nhiên mới chỉ sử dụng một phần nhỏ xỉ cục và xỉ luyện thép để làm phụ gia sản xuất xi măng, sản xuất vật liệu xây dựng không nung, còn lại đang tồn đọng tại các bãi thải của nhà máy và được quản lý theo chất thải rắn thông thường.

a) Các quy định pháp luật về quản lý, xử lý xỉ luyện kim đen tại Việt Nam

Các văn bản pháp luật của Việt Nam về bảo vệ môi trường quy định các chủ nguồn thải chất thải bắt buộc phải xử lý chất thải đạt tiêu chuẩn cho phép trước khi thải vào môi trường, đồng thời khuyến khích tái chế, tái sử dụng chất thải. 

Đối với xỉ luyện gang, thép được xem là chất thải rắn thông thường, phải tuân thủ quy định tại Thông tư 35/2015/TT-BTNMT ngày 30 tháng 6 năm 2015 của BTNMT bao gồm:

– Xỉ luyện gang, thép phải được cơ sở sản xuất tự xử lý hoặc ký hợp đồng thu gom, xử lý với đơn vị có đủ điều kiện theo quy định của pháp luật.

– Phải được thu gom, vận chuyển và xử lý hoặc tái sử dụng theo quy định của pháp luật về quản lý chất thải răn.

– Đơn vị xử lý phải đảm bảo đạt các quy định về quản lý, xử lý chất thải rắn và phải có giấy phép hành nghề xử lý chất thải rắn mới được phép hoạt động xử lý, tái chế xỉ.

Các quy định cụ thể:

– Luật Bảo vệ môi trường ngày 29/11/2005 khuyến khích tái chế, tái sử dụng chất thải rắn.

– Nghị định 59/2007/NĐ-CP ngày 09/4/2007 của Chính Phủ về quản lý chất thải rắn.

– Nghị định 174/2007/NĐ-CP ngày 29/11/2007 của Chính phủ về phí bảo vệ môi trường đối với chất thải rắn – nếu không xử lý chất thải nguy hại, chủ nguồn thải phải nộp phí không quá 6.000.000 đồng/tấn.

– Quyết định số 798/QĐ-TTg ngày 25/5/2011 của Thủ tướng Chính phủ về phê duyệt chương trình đầu tư xử lý chất thải rắn giai đoạn 2011 – 2020.

– Thông tư 13/2007/TT-BXD ngày 31/12/2007 của Bộ Xây dựng về hướng dẫn một số điều của Nghị định 59/2007/NĐ-CP ngày 9/4/2007 của Chính phủ về quản lý chất thải rắn.

– Thông tư 39/2008/TT-BTC ngày 19/5/2008 của Bộ Tài chính Hướng dẫn thực hiện Nghị định 174/2007/NĐ-CP ngày 29/11/2007 của Chính phủ về phí bảo vệ môi trường đối với chất thải rắn.

– Nghị định 38/2015/NĐ-CP ngày 24 tháng 4 năm 2015 của Chính phủ về quản lý chất thải và phế liệu.

Ngoài các quy định trên, các cơ sở sản xuất gang, thép phải thu hồi, xử lý chất thải rắn theo quy định tại QCVN 07:2009/BTNMT về ngưỡng chất thải nguy hại ban hành kèm theo Thông tư số 25/2009/TT – BTNMT ngày 16/11/2009 và QCVN 50:2013/BTNMT về ngưỡng nguy hại đối với bùn thải từ quá trình xử lý nước ban hành kèm theo Thông tư số 32/2013/TT – BTNMT ngày 25/10/2013 của Bộ trưởng Bộ Tài nguyên và Môi trường ban hành quy chuẩn quốc gia về môi trường. Xỉ thải, bụi lò thu được từ các khâu công nghệ luyện gang, thép phải được chế biến, tái sử dụng đảm bảo các quy định về môi trường.

b) Thực trạng xử lý xỉ luyện kim đen tại Việt Nam

Để tái chế xỉ thép, tại Miền Nam một số cơ sở tái chế xỉ luyện thép như: Công ty TNHH Anh Trung, Công ty TNHH MTV Xuân Phước Đạt, Gia Quí và Thành Đạt, tại Miền Bắc có công ty Thành Công. Các công ty này được thu gom các loại xỉ của nhà máy, ví dụ như công ty Thành Đạt thu  gom xỉ tại các nhà máy, vận chuyển bằng ô tô, xử lý làm nguội và cho qua dây chuyền nghiền, sàng, tuyển kim loại. Tuy nhiên, thực tế xỉ luyện thép sau khi tuyển kim loại chỉ mới sử dụng một phần nhỏ, còn lại vẫn được các công ty lưu giữ tại nhà máy và các cơ sở xử lý xỉ.

Những nguyên nhân dẫn đến việc đầu tư tái chế xỉ luyện thép tại Việt Nam chưa phát triển là do:

 – Các nhà quản lý chuyên ngành chưa ngã ngũ trong việc phân định tính chất của xỉ thép, chưa có giải pháp hữu hiệu trong bảo quản, quản lý, sử dụng xỉ thép.

– Chính phủ và các Bộ ngành chưa tính đến xỉ luyện kim đen là nguồn tài nguyên.

– Công nghệ xử lý đòi hỏi vốn đầu tư lớn, cần có kinh nghiệm và công nghệ, năng lực tài chính và khả năng tiêu thụ sản phẩm này.

– Thông tin về xỉ luyện gang, luyện thép, đặc biệt là lợi ích, tiềm năng của nó đối với Chính quyền địa phương còn hạn chế. Cơ quan quản lý môi trường coi đây là chất thải rắn cần phải loại bỏ, chưa xem là nguồn tài nguyên có ích cần phải thu hồi, tái chế.

– Do các nhà máy sản xuất thép nằm rải rác trên nhiều tỉnh với khoảng cách khá xa nhau nên doanh nghiệp tái chế gặp nhiều khó khăn trong việc thu gom, vận chuyển vì phát sinh cao mà phải đảm bảo quy định về an toàn và môi trường trong việc vận chuyển xỉ.

c) Đề xuất các biện pháp quản lý xỉ luyện kim đen

Với sự thiếu hụt năng lượng và nguyên liệu ngày càng tăng và để theo kịp các Quy định và điều luật về Môi trường và vấn đề Kinh tế từ rác thải trong bối cảnh hiện tại, cùng với các đặc tính của xỉ đã được nghiên cứu là rất thích hợp để làm nguyên liệu cho ngành xây dựng, xỉ phải được coi là một trong những nguồn lực tiềm năng trong ngành thép. Hầu hết các hoạt động quản lý kinh tế trong ngành thép nhằm giảm thiểu việc tạo ra chất thải rắn và tối đa hóa việc tái chế các chất thải thu được có thể được quản lý theo các cách sau:

– Quản lý xỉ gang, thép đối với các nhà máy:

+ Các đơn vị sản xuất gang, thép phải áp dụng công nghệ tiên tiến với các giải pháp khả thi về kinh tế để giảm thiểu lãng phí tài nguyên.

+ Xử lý xỉ thải làm nguyên liệu thô của ngành công nghiệp liên quan trên cơ sở tránh ô nhiễm thứ cấp.

+ Phát triển công nghệ có các sản phẩm mang tính cạnh tranh dựa trên việc xử lý tốt các chất thải và các sản phẩm phụ.

+ Nghiên cứu phát triển công nghệ xử lý xỉ luyện kim đen theo hướng giảm thiểu lượng xỉ thải phải chôn lấp, tăng cường tỷ lệ tái chế, tái sử dụng và thu hồi năng lượng từ xỉ thải.

– Giải pháp quản lý xỉ gang, thép đối với các cơ quan chức năng:

+ Đẩy mạnh tuyên truyền, giới thiệu Luật bảo vệ môi trường 2014 và Nghị định số 38/2015/NĐ-CP.

+ Cần tiến hành kiểm tra xỉ thải để xác định nguồn, số lượng xỉ thải phát sinh từ các quá trình sản xuất.

+ Xây dựng cơ chế khuyến khích các nghiên cứu và phát triển công nghệ xử lý, tái sử dụng xỉ luyện gang, luyện thép. Các thành phần kinh tế tư nhân tham gia vào hoạt động thu gom, vận chuyển, xử lý xỉ thải.

+ Bổ sung và hoàn thiện các TCVN về xi măng sử dụng xỉ gang, thép: Xi măng xỉ lò cao, xi măng xỉ thép, xi măng xỉ cho gia cố nền đất.

+ Xây dựng mới TCVN cho sản phẩm cốt liệu từ xỉ gang, thép: Cốt liệu xỉ lò cao cho bê tông, cốt liệu xỉ luyện thép cho bê tông, cốt liệu xỉ luyện thép cho bê tông áp phan.

+ Xây dựng TCVN xỉ gang và xỉ thép cho đường giao thông. TCVN về vật liệu tái chế từ xỉ gang và xỉ thép làm vật liệu san lấp, đắp nền công trình.

+ Các chỉ dẫn kỹ thuật việc sử dụng xỉ gang, thép cho các ứng dụng: Trong xây dựng, đường giao thông, làm nguyên liệu cho sản xuất bông khoáng cách nhiệt, làm khối đá nhân tạo cho nuôi trông thủy sản biển.

+ Nghiên cứu và phát triển làm nguyên liệu cho sản xuất phân bón, cải tạo đất nông nghiệp.

+ Xỉ luyện gang, luyện thép (trước và sau khi được sử lý, tái chế) đáp ứng được các yêu cầu theo quy chuẩn, tiêu chuẩn, chỉ dẫn kỹ thuật hiện hành làm nguyên vật liệu cho sản xuất sản phẩm, hàng hóa hoặc vật liệu cho công trình xây dựng thì được coi là sản phẩm, hàng hóa và được điều chỉnh theo quy định pháp luật của sản phẩm hàng hóa. (Tương tự như quy định với sản phẩm tro xỉ nhiệt điện theo Quyết định 452/QĐ-TTg).

4. Kết luận

Sau quá trình nghiên cứu từ các tài liệu xỉ gang, thép trên thế giới và nghiên cứu khảo sát thực trạng xỉ gang, thép tại Việt Nam, đề tài có các kết luận sau:

1) Đặc điểm kỹ thuật chính của xỉ luyện gang, thép thường được đề cập đến trong các tài liệu nghiên cứu là thành phần hóa học, thành phần khoáng học và tỷ trọng. Xỉ luyện gang, luyện thép tại Việt Nam qua khảo sát đánh giá cũng có đặc tính kỹ thuật tương đương với các đặc tính của xỉ luyện gang, xỉ luyện thép trên thế giới. Cấu trúc của xỉ luyện kim đen có thể khác nhau từ tinh thể đến vô định hình (thủy tinh) tùy thuộc vào thành phần hóa học và quá trình xử lý xỉ. Từ đó, có thể rút ra một số đặc tính cơ bản của xỉ luyện gang, xỉ luyện thép như sau:

1. a) Xỉ luyện gang lò cao

– Thành phần hóa học chính của xỉ lò cao gồm có: Ôxit silic, ôxit nhôm, ôxit canxi và ôxit magiê – chiếm khoảng 95% tổng thành phần. Hàm lượng CaO, SiO₂, Al₂O₃, MgO, MnO và Fe_tổng trong xỉ lò cao tương ứng dao động từ 30 – 45%, 25 – 45%, 8 – 22%, 3 – 16%, 6 – 11% và < 20%.

– Thành phần khoáng vật: Khoáng vật điển hình của xỉ cục lò cao bao gồm các dung dịch rắn của các oxít canxi, silic, nhôm, magiê. Thành phần khoáng vật của xỉ hạt là vô định hình.

– Khối lượng riêng: Xỉ cục trong khoảng 2,45 – 2,55 g/cm³. Xỉ hạt trong khoảng 2,25 – 2,95 g/cm³.

– Khối lượng thể tích xốp của xỉ cục với cấp hạt 0 ÷ 20 mm trong khoảng 1100 ÷ 1300 kg/m³, của xỉ hạt với cấp hạt 0 ÷ 5 mm  trong khoảng 700 ÷ 1300 kg/m³.

1. b) Xỉ luyện thép

– Xỉ luyện thép lò chuyển (BOF):

+ Thành phần hóa học: Hàm lượng CaO, SiO₂, Al₂O₃, MgO, MnO và Fe_tổng của các mẫu xỉ luyện thép lò BOF thường trong khoảng 30 – 60%; 1 – 24%; 1 – 2,5%; 5 – 15%; 3 – 8% và < 20%. Tổng hàm lượng các oxit còn lại nhỏ hơn 10%. 

+ Thành phần khoáng vật: Dicciumsilicate (C₂S hoặc 2CaO.SiO₂), wustite (FeO), Ferit (Fe₃O₄) và các dung dịch rắn của ôxit sắt (FeO) và (MgO).

+ Khối lượng riêng: Trong khoảng 3,2 – 3,6 g/cm³.

+ Khối lượng thể tích xốp của xỉ thép lò chuyển với cấp hạt 0 ÷ 20 mm  trong khoảng 1500÷ 2100 kg/m³.

– Xỉ luyện thép lò điện hồ quang:

+ Thành phần hóa học: Hàm lượng CaO, SiO2, Al₂O₃, MgO, MnO và Fe_tổng tương ứng trong khoảng 15 – 65%, 4 – 26%, 1 – 16%, 0,5 – 15%, 2 – 8% và < 30%. Tổng hàm lượng các oxit còn lại nhỏ hơn 10 %.

+ Thành phần khoáng vật: Có CaO và MgO tự do cùng với các khoáng chất phức tạp khác và dung dịch rắn của CaO, FeO và MgO.

+ Khối lượng riêng: Trong khoảng 3,2 – 3,6 g/cm³.

+ Khối lượng thể tích xốp của xỉ thép lò điện hồ quang trong khoảng 1500 ÷ 2100 kg/m³.

– Xỉ luyện thép lò tinh luyện:

+ Thành phần hóa học: Hàm lượng CaO, SiO₂, Al₂O₃, MgO, MnO và Fe_tổng tương ứng trong khoảng 30 – 65%; 10 – 40%; 0,5 – 40%; 1 – 20%; 0 – 5% và < 2%. Tổng hàm lượng các oxit còn lại nhỏ hơn 10%.

+ Thành phần khoáng vật: Có CaO và MgO tự do cùng với các dạng vô định hình của C₂S (Ca₂SiO₄), cùng với các khoáng chất phức tạp khác như: Mayenite (12CaO7Al₂O₃, Ca₁₂Al₁₄O₃₃, C₁₂A₇), periclase (MgO), gehlenite (2CaOAl₂O₃SiO₂, Ca₂Al₂SiO₇), larnite (β-2CaOSiO₂, β-Ca₂SiO₄), shannonite (γ-2CaOSiO₂, γ-Ca₂SiO₄), và tricalcium aluminate (3CaO·Al₂O₃, Ca₃Al₂O₆, C₃A).

+ Khối lượng riêng: Trong khoảng 3,2 – 3,6 g/cm³.

+ Khối lượng thể tích xốp của xỉ thép lò tinh luyện với cấp hạt 0 ÷ 5 mm  trong khoảng 800 ÷ 1500 kg/m³.

– Xỉ luyện thép lò điện cảm ứng:

+ Hàm lượng CaO, SiO₂, MgO và Fe_tổng của các mẫu xỉ luyện thép lò điện cảm ứng tương ứng là 38 – 52%, 13 – 18%, 8 – 10%, và < 2%. Tổng hàm lượng các oxit còn lại nhỏ hơn 10%.

 + Thành phần khoáng vật của xỉ luyện thép lò cảm ứng: Là khoáng vật oxít của canxi, silic, nhôm, magiê…

+ Khối lượng thể tích xốp của xỉ thép lò điện cảm ứng với cấp hạt 0 ÷ 20 mm trong khoảng 1500 ÷ 1900 kg/m³.

2) Với thành phần và tính chất của các loại xỉ nêu trên, hoàn toàn có thể chế biến và sử dụng các loại xỉ làm nguyên liệu cho các ngành vật liệu xây dựng, đường giao thông… Xỉ gang thép thực sự là nguồn tài nguyên cần chế biến và sử dụng.

3) Các tiêu chuẩn về xỉ gang/thép: Đặc tính kỹ thuật cơ bản sẽ là những tiêu chuẩn để nhà quản lý xác định xỉ luyện gang, xỉ luyện thép phục vụ công tác quản lý nhà nước.

5. Tài liệu tham khảo

[1]. Nippon steel technical report No.104 August 2013 – Processing and Reusing Technologies for Steelmaking Slag;

[2]. National slag association, MF 182-6;

[3]. Slag – Iron and Steel, by Cheryl Cvetic Solomo;

[4]. National slag association www.nationalslagassoc.org NSA;

[5]. 172-13 SLAG and Its Relation to the Corrosion Characteristics of Ferrous Metals;

[6]. Slag – Iron and steel, IndianMinerals yearbook 2013, Part – II: Metals & alloys;

[7]. Nippon steel & sumitomo metal technical report No.109 July 2015, Standardition of Iron and Steel Slag Products;

[8]. Nippon steel & sumitomo metal technical report No.109 July 2015, Overview of Iron/steel slag application and development of new utilization technologies;

[9]. National slag associaton, Properties and uses of iron and steel slags;

[10]. TS. Nguyễn Văn Sưa: Ngành công nghiệp thép Việt Nam và cơ hội phát triển, 12/2016;

[11]. Chỉ dẫn kỹ thuật xỉ gang và xỉ thép sử dụng làm vật liệu xây dựng, Bộ xây dựng, Hà Nội – 2017;

[12]. TS. Nguyễn Văn Sưa: Báo cáo đề tài “Đánh giá hiệu quả sản xuất phôi thép trong công nghệ luyện thép bằng lò cảm ứng”, 12/2014;

[13]. TS. Nguyễn Văn Sưa: Xỉ gang/thép – nguồn tài nguyên cần được tái chế và sử dụng, Tạp chí Khoa học và Công nghệ kim loại số 71 tháng 4/2017;

[14]. Metal 2012: Slag from production of pig iron and steel making and posibilities of their utilization, Jozef VLČEK, Václava TOMKOVÁ, Hana OVČAČÍKOVÁ, Petr MARTINEC, Anežka VOLKOVÁ, Michaela TOPINKOVÁ, Vlastimil MATĚJKA, FilipOVČAČÍK, Michaela MICHNOVÁ Vysoká škola báňská –Technická univerzita Ostrava, 17. listopadu 15, Ostrava-Poruba, 703 88, jozef.vlcek @vsb.cz;

[15]. JOINT TRANSPORTATION RESEARCH PROGRAM FHWA/IN/JTRP-2009/32 Final Report USE OF STEEL SLAG IN SUBGRADE APPLICATIONS Irem Zeynep Yildirim Monica Prezzi October 2009;

[16]. TS. Nguyễn Văn Sưa: Tình hình đầu tư trong ngành thép Việt Nam, tạp chí khoa học và công nghệ kim loại số 72, tháng 6/2017;

[17]. M.N. Hisyamudin, A.K.A. R, S. Yokoyama (2012), Dissolution behavior of hazardous materials from EAF slag in water with wet grinding method, The International Conference on Civil and Environmental Engineering Sustainability, Johor Bahru, Malaysia;

[18]. H. Yi, G. Xu, H. Cheng, J. Wang, Y. Wan, H. Chen (2012), An overview of utilization of steel slag, Procedia Environmental Sciences 16 791-801;

[19]. L. Rohde, W. P. Nunez and J. A. P. Ceratti (2003), Electric Arc Furnace Steel Slag, Transportation Research Record 1819, Transportation Research Board, Washington, D.C.  pp. 201-207;

[20]. H. Qasrawi (2014), The use of steel slag aggregate to enhance the mechanical properties of recycled aggregate concrete and retain the environment, Construction and Building Materials 54 298-304;

[21]. S.A. Aiban (2005), Utilization of steel slag aggregate for road bases, Journal of Testing and Evaluation 34(1) 1-11;

[22]. Washington State Department of Transportation (2015), Use of Steel Slag Aggregate in Pavements, A Report to the State Legislature In Response to 2ESHB 1299;

[23]. B. Farrand, J. Emery (1995), Recent improvements in quality of steel slag aggregate, Transportation research record 1468 137-141;

[24]. A. Coomarasamy, T. Walzak (1995), Effects of moisture on surface chemistry of steel slags and steel slag-asphalt paving mixes, Transportation research record (1492) 85-95;

[25]. H. Motz, J. Geiseler (2001), Products of steel slags an opportunity to save natural resources, Waste Management 21(3) 285-293;

[26]. S. Ozeki (1997), Properties and usage of steel plant slag, Encosteel: Steel for Sustainable Development, p.135-139;

[27]. P.H. Shih, Z.-Z. Wu, H.-L. Chiang (2004), Characteristics of bricks made from waste steel slag, Waste management 24(10) 1043-1047./.