Nghiên cứu tái chế tro bay từ các nhà máy nhiệt điện sản xuất vật liệu compozit evatro bay

  • 63 trang
  • file .docx
TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM
VIỆN MÔI TRƯỜNG
------------------
LÊ THỊ YẾN
NGHIÊN CỨU TÁI CHẾ TRO BAY TỪ CÁC NHÀ
MÁY NHIỆT ĐIỆN SẢN XUẤT VẬT LIỆU
COMPOZIT EVA/TRO BAY
HẢI PHÒNG – 2015
TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM
VIỆN MÔI TRƯỜNG
------------------
LÊ THỊ YẾN
NGHIÊN CỨU TÁI CHẾ TRO BAY TỪ CÁC
NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN SẢN XUẤT VẬT LIỆU
COMPOZIT EVA/TRO BAY
CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẠT MÔI TRƯỜNG
NGƯỜI HƯỚNG DẪN: TS. VŨ MINH TRỌNG
HẢI PHÒNG - 2015
LỜI CẢM ƠN
Được sự phân công của Viện Môi trường, trường Đại học Hàng Hải Việt Nam
và sự đồng ý của thầy giáo hướng dẫn TS. Vũ Minh Trọng, em đã thực hiện đề tài
“Nghiên cứu tái chế tro bay từ các nhà máy nhiệt điện sản xuất vật liệu
compozit EVA/tro bay”.
Để hoàn thành đề tài nghiên cứu này. Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô
giáo đã tận tình hướng dẫn, giảng dạy trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và
rèn luyện ở Viện Môi Trường, Trường Đại học Hàng Hải Việt Nam.
Em xin chân thành cảm ơn Thầy giáo hướng dẫn TS. Vũ Minh Trọng đã tận
tình, chu đáo hướng dẫn em thực hiện đề tài này.
Dù đã có nhiều cố gắng để thực hiện đề tài một cách tốt nhất. Nhưng do lần
đầu làm quen với công tác nghiên cứu, phân tích, tìm hiểu thực tế cũng như hạn
chế về kiến thức và kinh nghiệm nên không thể tránh khỏi những thiếu sót nhất
định mà bản thân chưa nhận thấy được. Em rất mong nhận được sự góp ý của quý
Thầy, Cô giáo để khóa luận được hoàn chỉnh hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!
Hải Phòng, ngày 5 tháng 12 năm 2015
Sinh viên
Lê Thị Yến
MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU.......................................................................................................1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN.................................................................................3
1.1. Tro bay............................................................................................................3
1.1.1. Các vấn đề ô nhiễm môi trường do tro bay từ các nhà máy nhiệt điện ở
nước ta hiện nay..................................................................................................3
1.1.2. Tình hình nghiên cứu tái sử dụng tro bay trên thế giới và Việt Nam.......7
1.1.2.1. Trên thế giới...........................................................................................7
1.1.2.2. Ở Việt Nam.............................................................................................8
1.1.3. Thành phần, đặc điểm, hình thái cấu trúc của tro bay.............................9
1.1.4. Biến tính tro bay.....................................................................................12
1.1.5. Ứng dụng của tro bay.............................................................................15
1.2. Vật liệu compozit EVA/tro bay....................................................................17
1.2.1.Vật liệu compozit nhựa nhiệt rắn/tro bay................................................17
1.2.2. Vật liệu compozit nhựa nhiệt dẻo tro bay...............................................20
1.2.3. Vật liệu compozit cao su/tro bay.............................................................26
CHƯƠNG 2. THỰC NGHIỆM...........................................................................29
2.1. Nguyên liệu và hóa chất................................................................................29
2.2. Chế tạo vật liệu compozit EVA/tro bay ở trạng thái nóng chảy.....................29
2.2.1. Biến tính tro bay......................................................................................29
2.2.2. Chế tạo vật liệu compozit EVA/tro bay....................................................30
2.3. Phương pháp và thiết bi nghiên cứu..............................................................30
2.3.1. Phương pháp phổ huỳnh quang tia X .....................................................30
2.3.2. Phương pháp phổ hấp tụ hồng ngoại (IR)...............................................31
2.3.3. Phương pháp hiển vi điện tử quét (Scaning Electron Microscopy – SEM)
..........................................................................................................................33
2.3.4. Phương pháp phân tích nhiệt khối lượng (TGA –Thermal Gravimetric
Analysis)............................................................................................................33
2.3.5. Xác định tính chất cơ học.......................................................................34
2.3.5.1. Độ bền kéo đứt.....................................................................................34
2.3.5.2. Độ dãn dài khi đứt...............................................................................34
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN......................................................36
3.1. Xác định thành phần hóa học của tro bay.....................................................36
3.2. Biến tính tro bay bằng APTES (3-aminopropyltriethoxy silane).................38
3.2.1. Phổ hồng ngoại của tro bay trước và sau khi biến tính APTES.............38
3.2.3. Hình thái cấu trúc của tro bay trước và sau khi biến tính APTES.........40
3.3. Hình thái cấu trúc của vật liệu compozit EVA/tro bay chưa biến tính và biến
tính APTES..........................................................................................................42
3.4. Tính chất cơ học của vật liệu compozit EVA/tro bay chưa biến tính và biến
tính APTES..........................................................................................................44
3.4.1. Độ bền kéo đứt........................................................................................44
3.4.2. Độ dãn dài khi đứt..................................................................................45
KẾT LUẬN
TÀI LIỆU THAM KHẢO
BẢNG CHỮ VIẾT TẮT
APTES: 3-aminopropyltriethoxy silane
EVA: Etylen-vinyl axetat
EPCNSL: Epoxy phenol cashew nut shell liquid
FA(Fly ash): Tro bay
PE: Polyetylen
PP: Polypropylen
LDPE (Low density polyethylene): Polyetylen tỷ trọng thấp
HDPE (High density polyethylene): Polyetylen tỷ trọng cao
PET: Polyetylen terephtalat
PVA: Polyvinyl axetat
DANH MỤC CÁC BẢNG
Số bảng Tên bảng Trang
Bảng 1.1 Cơ cấu hệ thống điện nước ta năm 2007 3
Trữ lượng tro bay của một số nhà máy nhiệt điện lớn ở Việt
Bảng 1.2 4
Nam
Bảng 1.3 Lượng tro bay của các nhà máy nhiệt điện ở miền Bắc 4
Thành phần tro bay của các nhà máy nhiệt điện ở miền Bắc
Bảng 1.4 10
nước ta
Thành phần hóa học của tro bay ở một số nhà máy nhiệt điện
Bảng 1.5 11
ở miền Bắc nước ta
Bảng 1.6 Hàm lượng các oxit chủ yếu trong tro bay loại C và loại F 11
Độ bền va đập của nhựa epoxy gia cường bằng sợi có và không
Bảng 1.7 19
có tro bay
Độ bền nén, mô đun nén, độ bền va đập của vật liệu compozit
Bảng 1.8 epoxy/tro bay và 20% EPCNSL – epoxy dai/ tro bay(dạng bột 20
granit
Khả năng hấp thụ nước của vật liệu compozit epoxy/tro bay
Bảng 1.9 21
và vật liệu compozit 20% EPCNSL-epoxy dai/tro bay
Bảng 1.10 Khả năng đúc phun của LDPE với các chất độn khác nhau 23
Bảng 1.11 Tính chất cơ học của LDPE với các chất độn khác nhau 23
Bảng 1.12 Tính chất cơ học của PP và PP/tro bay 27
Bảng 1.13 Một số tính chất của vật liệu PLASH-REA 28
Các số liệu lưu biến cao su thiên nhiên có các chất độn khác nhau
Bảng 1.14 29
khâu mạch ở 150 oC
Bảng 3.1 Thành phần hóa học của tro bay Phả Lại 34
Độ bền kéo đứt của vật liệu compozit EVA/tro bay và
Bảng 3.2 41
EVA/tro bay biến tính với APTES
DANH MỤC CÁC HÌNH
Số hình Tên hình Trang
Hình 1.1 Bãi xỉ thải nhà máy nhiệt điện Vĩnh Tân 2 6
Hình 1.2 Ống khói nhà máy nhiệt điện Vĩnh Tân 2 đang hoạt động 6
Hình 1.3 Ảnh SEM hình dạng các hạt tro bay 9
Hình thái cấu trúc tro thô và tro mịn của nhà máy nhiệt điện
Hình 1.4 10
ở miền Bắc nước ta
Ảnh SEM của tro bay chưa biến tính (A) và tro bay biến
Hình 1.5 13
tính axit stearic(B)
Ảnh SEM của tro bay trước và sau khi tráng phủ [112].
Hình 1.6 14
Ảnh SEM của tro bay chưa biến tính (A) và biến tính
Hình 1.7 15
bằngSi-69(B)
Các chi tiết, bộ đỡ dây điện trong thân ôtô chế tạo từ vật liệu
Hình 1.8 24
compozit LDPE/tro bay của hãng General Motor.
Chốt, kẹp định vị trên ôtô chế tạo từ vật liệu compozit
Hình 1.9 25
LDPE/tro bay của hãng Chryler.
Ảnh hiển vi điện tử quét của vật liệu compozit HDPE/tro
Hình 1.10 25
bay (80:20)
Hình 1.11 Bề mặt đứt gãy của HDPE trộn 40 % CaCO3. 26
Hình 1.12 Bề mặt đứt gãy của PP trộn 40% tro bay. 26
Hình 2.1 Sự tán xạ tia X từ các mặt phẳng tinh thể. 29
Hình 2.2 Mẫu đo tính chất cơ lý 30
Hình 3.1 Phổ huỳnh quang tia X của tro bay đầu lò 34
Hình 3.2 Phổ hồng ngoại của tro bay FA 36
Hình 3.3 Phổ hồng ngoại của tro bat biến tính APTES 37
Hình 3.4 Giản đồ TGA của tro bay (FA) và tro bay biến tính APTES 37
Hình 3.5 Ảnh SEM của tro bay, độ khuếch đại 1000 lần 38
Hình 3.6 Ảnh SEM của tro bay biến tính APTES độ khuếch đại 1000 39
lần
Ảnh SEM của APTES với độ phóng đại 100.000 lần (A) và
Hình 3.7 39
200.000 lần (B)
Ảnh SEM của EVA/tro bay (bên trái) và EVA/tro bay biến
Hình 3.8 tính (bên phải), hàm lượng tro bay và tro bay biến tính: 5 40
%.
Độ dãn dài khi đứt của vật liệu compozit EVA tro bay và
Hình 3.9 42
compozit EVA/tro bay biến tính bằng APTES
Ảnh SEM bề mặt đứt gãy của vật liệu compozit EVA/tro
Hình 3.10 43
bay
Ảnh SEM bề mặt đứt gãy của vật liệu compozit EVA/tro
Hình 3.11 44
bay biến tính APTES.
LỜI MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Ngày nay, vấn đề ô nhiễm môi trường, cạn kiệt tài nguyên đang trở nên cấp
bách. Do đó, yêu cầu đặt ra đối với các nhà khoa học, nhà sản xuất là phải tìm ra
những phương pháp để có thể thu hồi, tái sử dụng các loại chất thải, tạo ra các sản
phẩm có ích phục vụ đời sống xã hội. Việc làm này vừa mang lại hiệu quả kinh tế
vừa có ý nghĩa lớn đối với vấn đề bảo vệ môi trường.
Những năm gần đây, tro bay (fly ash) – chất phế thải của các nhà máy nhiệt
điện đốt than trở thành mối quan tâm lớn đối với các nhà sản xuất, nhà quản lí và
của cả cộng đồng.Tính đến năm 2015, tổng trữ lượng thải ra của các nhà máy nhiệt
điện đốt than lên tới 5 triệu tấn/năm. Tro bay rất độc hại do chứa nhiều hóa chất và
kim loại nặng, ngoài việc gây tốn hàng nghìn ha đất để chứa và chôn lấp, tro bay
còn là nguồn gây ô nhiễm môi trường đặc biệt nghiêm trọng cho đất, nước và
không khí. Nếu không được xử lí, tro bay sẽ gây ô nhiễm không khí và nguồn
nước, gây ra các bệnh về đường hô hấp khi con người hít phải . Vì vậy, tìm kiếm
giải pháp tận thu tro xỉ nhiệt điện, biến loại phế thải này thành nguồn nguyên liệu
có giá trị đang là bài toán được các nhà khoa học đặt ra cấp bách. Nghiên cứu ứng
dụng tro bay sẽ đạt được ba mục đích: một là tạo ra được một loại vật liệu mới
với những tính chất mong muốn, hai là nhà máy nhiệt điện có thêm lợi ích và ba
là môi trường xung quanh nhà máy nhiệt điện không bị ô nhiễm do tro bay gây
ra.
Trên thế giới, đã có nhiều công trình nghiên cứu của các nhà khoa học về
các giải pháp tái chế tro bay ứng dụng trong các lĩnh vực khác nhau. Tro bay được
xem như nguồn nguyên liệu dồi dào trong các lĩnh vực kỹ thuật và dân dụng.
Ở nước ta hiện nay, tro bay chủ yếu được dùng để làm phụ gia cho bê tông,
tuy nhiên lượng dư thừa còn rất lớn. Với nhiều tính chất đặc thù và khả năng biến
tính đa dạng, tro bay có nhiều ứng dụng cho các ngành công nghệ vật liệu để
không xảy ra hiện tượng lãng phí nguồn nguyên liệu, làm giảm nguy cơ gây ô
nhiễm môi trường nghiêm trọng.
1
Là sinh viên ngành kỹ thuật môi trường, em tự nhận thấy mình cần có trách
nhiệm tìm hiểu, nghiên cứu và cố gắng tìm ra những giải pháp để góp phần làm
giảm ô nhiễm môi trường, tái sử dụng những chất phế thải để tạo ra sản phẩm mới
hữu ích. Từ nhận định trên, em lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu tái chế tro bay từ
các nhà máy nhiệt điện sản xuất vật liệu compozit EVA/tro bay” nhằm mục
đích tạo ra loại vật liệu mới với những ưu điểm nổi trội, đóng góp cho phát triển
kinh tế xã hội và làm giảm ô nhiễm môi trường.
2. Mục tiêu của đề tài
- Tìm hiểu, thu thập dữ liệu liên quan đến sản lượng tro bay hàng năm tại các nhà
máy nhiệt điện lớn ở Việt Nam và khả năng gây ô nhiễm môi trường của tro thải.
- Nghiên cứu thành phần hóa học, đặc điểm, hình thái cấu trúc của tro bay.
- Nghiên cứu khả năng biến tính tro bay.
- Nghiên cứu, chế tạo vật liệu compozit từ phụ gia là tro bay.
3. Cấu trúc đề tài gồm 3 chương:
Chương 1: Tổng quan về tro bay từ các nhà máy nhiệt điện.
Chương 2: Thực nghiệm.
Chương 3: Kết quả và thảo luận.
2
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1. Tro bay
1.1.1. Các vấn đề ô nhiễm môi trường do tro bay từ các nhà máy nhiệt điện ở
nước ta hiện nay
Hiện nay, nền kinh tế nước ta đang tăng trưởng một cách mạnh mẽ với mức GDP
tăng khoảng 8,5-9%/năm và còn cao hơn trong thời gian tới, yêu cầu tiêu thụ điện
được dự báo tăng 17%/năm (dự báo cơ bản) và 20% năm (dự báo mức cao) trong
giai đoạn 2006 – 2015. Do đó, việc tập trung phát triển ngành công nghiệp điện là
yêu cầu hàng đầu trong quá trình phát triển kinh tế. Bảng 1.1 là cơ cấu hệ thống
điện của nước ta năm 2007.
Bảng 1.1: Cơ cấu hệ thống điện năm 2007 [1]
Công suất đặt Công suất phát điện
MW % GWh %
Toàn hệ thống 13.512 68.699
Thuộc EVN 9.386 69,46 50.616 73,68
- Nhà máy thủy điện 4.393 32,51 21.480 31,27
- Nhà máy nhiệt điện đốt than 1.545 11,43 8.973 13,06
- Nhà máy nhiệt điện đốt khí 3.248 24,04 18.880 27,48
- Nhà máy nhiệt điện đốt dầu 200 1,48 740 1,08
Trạm phát điện Diesel và thủy điện 454 3,36 42 0,06
nhỏ
Ngoài EVN 3.675 27,18 18.041 26,26
Dựa vào bảng số liệu trên ta thấy nguồn nhiệt điện chiếm một phần lớn (trên 42%)
trong tổng công suất phát điện của các nhà máy điện ở nước ta. Nhiều tài liệu
nghiên cứu cho thấy nhà máy nhiệt điện đốt than sẽ thải ra từ 4-5 tấn tro
bay/MW/ngày. Như vậy lượng tro bay từ ngành công nghiệp nhiệt điện là rất lớn,
3
khoảng vài triệu tấn/năm, nếu lượng tro bay này không được tận dụng một cách
hợp lí thì sẽ chiếm một diện tích tồn trữ rất lớn, gây nhiều khó khăn cho quá trình
phát triển của ngành công nghiệp nhiệt điện và là tác nhân trực tiếp gây ô nhiễm
môi trường. Do đó, cần có các biện pháp thích hợp để giải quyết vấn đề tro bay ở
các nhà máy nhiệt điện. Bảng 1.2 cho thấy trữ lượng tro bay hiện tại của một số
nhà máy nhiệt điện lớn ở nước ta hiện nay.
Bảng 1.2: Trữ lượng tro bay của một số nhà máy nhiệt điện lớn ở Việt Nam [2]
Tên nhà máy Trữ lượng tro (triệu tấn)
Uông Bí 2,0 – 2,1
Phả Lại 3,8 – 4,8
Thái Nguyên 1,0 – 1,2
Việt Trì 0,9 – 1,0
Các nhà máy khác 2,3 – 3,0
Theo số liệu thống kê của Bộ Công Thương, hiện cả nước có 19 nhà máy nhiệt
điện đốt than đang vận hành với tổng công suất phát điện 14.480 MW và thải ra
khoảng 15 triệu tấn tro, xỉ hàng năm. Trong đó, lượng tro bay chiếm khoảng 75%,
còn lại là xỉ[12]. Bảng 1.3 là lượng thải tro bay thống kê của các nhà máy nhiệt
điện ở miền Bắc nước ta.
4
Bảng 1.3: Lượng tro bay của các nhà máy nhiệt điện ở miền Bắc [2]
Tên nhà máy Công suất(MW) Lượng tro(tấn/năm)
Phả Lại 1 400 188000
Phả Lại 2 600 249000
Uông Bí 100 39000
Uông Bí mở rộng 300 124600
Tổngsố 600600
Dự báo đến năm 2020 sẽ có thêm 28 nhà máy nhiệt điện đốt than đi vào hoạt
động, lúc đó lượng tro bay sẽ còn tăng lên rất nhiều. Bên cạnh đó, hàng loạt các lò
cao ở các khu gang thép sử dụng nhiên liệu là than cũng thải ra một lượng tro bay
khá lớn. Từ đó có thể thấy tro bay là một chất thải rắn có khối lượng lớn, cần được
xử lí triệt để nhằm bảo vệ môi trường đồng thời mang lại giá trị kinh tế từ việc tái
sử dụng chất thải này.
Hiện nay trên 700.000 tấn tro xỉ than được thải ra từ các nhà máy nhiệt điện
phía Bắc thuộc tổng công ty điện lực Việt Nam, các nhà máy thuộc tổng công ty
Than Việt Nam (như Na Dương) và các doanh nghiệp khác [6]. Hầu hết lượng tro
này được trộn với nước và bơm ra ngoài bãi thải.Việc này, ngoài tác động đến môi
trường còn là một sự lãng phí tài nguyên rất lớn.
Đầu năm nay, một vấn đề ô nhiễm môi trường từ nhà máy nhiệt điện được dư luận
quan tâm là sự việc nhà máy nhiệt điện Vĩnh Tân 2 xả khói và xỉ than gây ô nhiễm
môi trường kéo dài. Nhà máy Nhiệt điện Vĩnh Tân 2 do tập đoàn Điện lực Việt
Nam làm chủ đầu tư, Công ty Điện khí Thượng Hải (Trung Quốc) làm tổng thầu
với hai tổ máy công suất 1.244 MW đã hoạt động gần 2 năm nay. Mỗi khi nhà máy
hoạt động, ống khói (cao 210m, đường kính 7m) xả khói thẳng vào khu dân cư
khiến cuộc sống của hàng ngàn hộ dân bị ảnh hưởng nặng nề khiến người dân phải
kéo nhau ra đường quốc lộ 1 chặn xe để phản đối [11]. Vấn đề nghiêm trọng hơn
chính là bãi xỉ than của nhà máy này rộng tới 64,7 ha. Mỗi ngày, hai tổ máy của
nhà máy thải ra gần 4.000 tấn xỉ than. Tuy nhiên, quá trình vận chuyển không đảm
5
bảo như: xe chở xỉ không có bạt che đậy, đổ xỉ không đúng nơi quy định, quá trình
vận chuyển rơi vãi trên đường, không được đưa vào bãi xỉ, không có bãi rửa xe
riêng,… dẫn đến tình trạng ô nhiễm nghiêm trọng cả khu vực [6]. Hình 1.1, 1.2 là
hiện trạng bãi xỉ than và ống khói của nhà máy nhiệt điện Vĩnh Tân 2 gây ô nhiễm
đang trong quá trình hoạt động.
Hình 1.1: Bãi xỉ thải Nhiệt điện Vĩnh Tân 2 [6].
Hình 1.2: Ống khói nhà máy nhiệt điện Vĩnh Tân 2 đang hoạt động[11].
6
Sau sự cố này, chính quyền tỉnh Bình Thuận đã 2 lần kiểm tra và xử phạt, Tổng
cục môi trường đã xử phạt nhà máy này 1,4 tỉ đồng vì để khói bụi và liên tục cử
các đoàn công tác về kiểm tra thường xuyên [6].
1.1.2. Tình hình nghiên cứu tái sử dụng tro bay trên thế giới và Việt Nam
1.1.2.1. Trên thế giới
Tro bay đã được sử dụng rất thành công trong ngành công nghiệp bê tông
trên thế giới hơn 50 năm qua. Ở Mỹ có hơn 6 triệu tấn và ở Châu Âu là hơn 9 triệu
tấn đã được sử dụng trong xi măng và bê tông [17]. Có nhiều dự án lớn gần đây sử
dụng bê tông từ tro bay, bao gồm các đập ngăn nước, nhà máy điện, các công trình
xây dựng ngoài biển, đường hầm dưới biển, đường cao tốc, sân bayvà các tòa nhà
thương mại hay dân cư, cầu cống, các đường ống dẫn,…
Đến năm 2008, tổng lượng các sản phẩm từ đốt than đá của nhà máy nhiệt
điện ở Châu Âu là 58 triệu tấn, trong đó tro bay chiếm gần 68% tương đương
khoảng 30 triệu tấn. Khoảng 18 triệu tấn tro bay được sử dụng trong công nghiệp
xây dựng và san lấp hầm mỏ. Phần lớn tro bay làm phụ gia bê tông, kết cấu đường
và làm vật liệu để sản xuất clinke xi măng. Tro bay cũng được sử dụng trong xi
măng trộn, bê tông khối và làm chất điền lấp[19].
Tại Trung Quốc, hàng trăm triệu tấn tro bay thải ra mỗi năm[14]. Do vậy,
chính phủ Trung Quốc rất khuyến khích phát triển các công nghệ liên quan đến
việc sử dụng tro bay. Năm 2005, lượng tro bay được sử dụng ở đất nước này đã
vượt qua cả lượng tro bay được tạo ra.
Tại Ấn Độ, chính phủ nước này đã có nhiều quy định để nâng cao nhận thức
về lợi ích của việc sử dụng tro bay cho các sản phẩm khác nhau[25]. Tro bay là
nguyên liệu tiềm năng cho sản xuất vật liệu xây dựng như xi măng pha trộn, gạch
tro bay, gạch ốp lát và các khối rỗng trong xây dựng. Chúng được ứng dụng một
lượng lớn để rải đường, xây dựng kè và san lấp hầm mỏ. Sản phẩm tro bay có
nhiều lợi thế hơn so với các sản phẩm thông thường. Lượng xi măng sử dụng trong
sản xuất sản phẩm xây dựng có thể giảm bằng cách thay thế bằng tro bay và lượng
tro bay có thể thay thế lên tới 50%. Những sản phẩm chứa tro bay có độ bền cao,
7
hiệu quả hơn và tiết kiệm đáng kể nguyên liệu. Việc sử dụng tro bay ở Ấn Độ đã
tạo ra công ăn việc làm cho khoảng 3000 lao động[26].
1.1.2.2. Ở Việt Nam
Ở nước ta, các nghiên cứu về tro bay, đặc biệt là nghiên cứu sử dụng tro bay
trong các lĩnh vực kỹ thuật còn khá mới mẻ. Tuy nhiên, gần đây đã có một số công
trình nghiên cứu ứng dụng tro bay làm vật liệu kết dính trong xây dựng [4, 3].
Một số công trình nghiên cứu chế tạo zeolit từ tro bay ứng dụng trong xử lí môi
trường (hấp thụ các kim loại nặng và xử lí chất thải rắn). Tác giả Nguyễn Văn Nội
và cộng sự đã xử lí tro bay bằng dung dịch NaOH 3,5M để thu được zeolit Na.
Zeolit biến tính từ tro bay được tạo hạt với đất sét trắng dùng làm chất hấp phụ các
kim loại nặng [30].
Tác giả Tạ Ngọc Đôn và cộng sự đã xử lí tro bay trong dung dịch kiềm. Sau khi xử
lí tro bay chuyển hóa thành zeolit P1 và có thể sử dụng làm chất xử lí ô nhiễm môi
trường [7].
Tác giả Lê Thanh Sơn và cộng sự cũng đã nghiên cứu xử lí tro bay làm vật liệu hấp
phụ cải tạo đất [3, 22].
Vấn đề nghiên cứu xử lí, biến tính tro bay để ứng dụng trong lĩnh vực cao su
và chất dẻo cũng đã được một số tác giả quan tâm. Tác giả Thái Hoàng và cộng sự
đã nghiên cứu biến tính bề mặt tro bay bằng 2 tác nhân liên kết silan là vinyl
trimetoxy silan (VTMS) và 3-glycidoxy propyl trimetoxy silan (GPTMS)[9]. Kết
quả thu được cho thấy, trên bề mặt tro hình thành một lớp màng silan hữu cơ rất
mỏng. Tro bay sau khi biến tính được sử dụng chế tạo vật liệu compozit trên cơ sở
nhựa PE, PP và EVA.
Việc nghiên cứu tái sử dụng tro bay ở nước ta nói chung còn khá mới mẻ. Các tác
giả thuộc Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã tiến hành một số đề
tài về chế tạo vật liệu tổ hợp polyme/tro bay và thu được kết quả tốt. Đó là các vật
liệu tổ hợp PP, PE, EVA/tro bay; vật liệu tổ hợp trên cơ sở hỗn hợp
HDPE/LLPE/tro bay làm các loại ống cứng, ống gân xoắn [22, 8]…
8
1.1.3. Thành phần, đặc điểm, hình thái cấu trúc của tro bay
Tro bay (Fly Ash) là một loại bụi được tạo ra từ quá trình đốt than của các nhà máy
nhiệt điện thải ra môi trường. Các hạt bụi tro được đưa ra qua các đường ống khói
sau đó được thu hồi từ phương pháp tĩnh điện, tuyển nổi hoặc phương pháp cơ học.
Tro bay thường có màu xám, ghi sáng hoặc trắng mờ và thường tồn tại ở dạng hạt
hình cầu. Hình 1.3 là hình dạng của các hạt tro bay.
Hình 1.3: Ảnh SEM hình dạng các hạt tro bay [21].
Kích thước hạt tro bay nằm trong khoảng (2-350 µm). Ba phần tư tro bay có
kích thước hạt nhỏ hơn 45 µm, trong đó tro bay siêu mịn thì thường có kích thước
hạt nhỏ hơn nhiều. Một vài trường hợp, tro bay còn mang hình dạng bất thường với
hình dạng hạt tro không xác định.
Tro bay là một loại puzzolan nhân tạo, có tính puzzolan cao, thành phần hóa học
chủ yếu là hỗn hợp của các oxit vô cơ như: SiO2, Al2O3, CaO, SO3, MgO và một
lượng than chưa cháy hết (gọi là hàm lượng mất khi nung)
Tùy thuộc vào công nghệ thu hồi, công nghệ đốt than mà thành phần các oxit có
trong tro bay của nhà máy nhiệt điện là khác nhau. Có 2 loại tro bay là tro bay loại
C (hàm lượng Ca và Mg cao, tới 20%) và tro bay loại F (hàm lượng Ca và Mg nhỏ
hơn nhiều so với tro bay loại C).
9
Bảng 1.4 thể hiện thành phần tro thải của các nhà máy nhiệt điện ở miền Bắc nước
ta.
Bảng 1.4: Thành phần tro thải của các nhà máy nhiệt điện ở miền Bắc nước ta [5]
Nhà máy Tro thô Tro mịn (tro bay)
Phả Lại 1 27% 73%
Phả Lại 2 27% 73%
Ninh Bình 27% 73%
Uông Bí 29% 71%
A. Tro thô đáy lò B. Tro mịn
Hình 1.4: Hình thái cấu trúc tro thô và tro mịn của nhà máy nhiệt điện ở miền
Bắc nước ta [5].
10
Bảng 1.5: Thành phần hóa học của tro bay ở một số nhà máy nhiệt điện ở miền
Bắc nước ta [5]
Nhà máy
Thành phần Phả Lại 1,2 (%) Uông Bí (%) Ninh Bình (%)
SiO2 58,4 58,5 60,7
Al2O3 26,1 28,1 27,2
Fe2O3 7,2 6,1 4,8
CaO 0,7 0,8 0,4
MgO 1,2 1,1 0,8
Na2O 0,4 0,1 0,2
K2O 4,3 2,6 4,3
SO3 0,3 - 0,3
Lượng mất khi 15-35 20-45 20-40
nung(%)
Bảng 1.6: Hàm lượng các oxit chủ yếu trong tro bay loại C và loại F [15]
Thành phần Tro bay loại F(%) Tro bay loại C(%)
SiO2 55 40
Al2O3 26 17
Fe2O3 7 6
CaO 9 24
MgO 2 5
SO3 1 3
1.1.4. Biến tính tro bay
Phần lớn các hạt tro bay có bề mặt tương đối nhẵn, trơn trượt nên tro bay
tương đối trơ về mặt hóa học. Để tăng cường hiệu quả sử dụng tro bay trong nền
11