1

BỘ CÔNG THƯƠNG
VIỆN NGHIÊN CỨU SÀNH SỨ THUỶ TINH CÔNG NGHIỆP BÁO CÁO ĐỀ TÀI
KHOA HỌC CÔNG NGHỆ CẤP BỘ

Tên đề tài: “Nghiên cứu công nghệ thu hồi tro bay của nhiệt
điện Cao Ngạn dùng cho sản xuất vật liệu không nung
’’

Chủ nhiệm đề tài : K.S Nguyễn Trung Kiên 7610
22/01/2010

HÀ NỘI 11 /2009

2

BỘ CÔNG THƯƠNG
VIỆN NGHIÊN CỨU SÀNH SỨ THUỶ TINH CÔNG NGHIỆP

BÁO CÁO TỔNG KẾT
ĐỀ TÀI KHOA HỌC CÔNG NGHỆ CẤP BỘ

1 Tình hình tuyển và chế biến trên thế giới 06
2 Tình hình tuyển và chế biến tại Việt Nam 07
Chương 2 Nghiên cứu khả năng tuyển nổi
11
1 Đặc điểm thành phần vật chất của tro xỉ Cao Ngạn 11
2 Nghiên cứu khả năng tuyển nổi của tro xỉ Cao Ngạn 15
Chương 3 Ứng d
ụng tro bay
20
I Vật liệu dùng cho nghiên cứu 21
II Ứng dụng tro bay vào trong sản xuất gạch xốp 27
III Ứng dụng tro bay vào trong sản xuất gạch block 33
Kết luận và kiến nghị
40
1 Kết luận 40
2 Kiến nghị 40
Tài liệu tham khảo 41
Phụ lục tính toán kinh tế 42

4
MỞ ĐẦU

bền
hơn) mà vẫn đạt được độ lưu động cần thiết của bê tông.
Hạt tro bay rất nhỏ, vì vậy mà nó len lỏi vào trong các lỗ rỗng li ti của bê
tông, làm cho bề tông chặt hơn, bền hơn. Trong xây dựng các khối bê tông lớn
5
như đập thủy điện, việc thay thế một phần xi măng bằng tro bay giúp giảm nhiệt
lượng tỏa ra trong khối bê tông do phản ứng thủy hóa của xi măng, tránh nứt nẻ,
tăng độ bền và giảm giá thành xây dựng rất nhiều. Với các công trình nước thải,
việc sử dụng tro bay trong bê tông làm tăng tính bền của bê tông trước sự tấn
công của axit.
Đối với nước ta, hiện nay hàng nă
m các nhà máy nhiệt điện thải ra khoảng
1.3 triệu tấn tro xỉ và dự kiến vào năm 2010 là khoảng 2.3 triệu tấn. Phần lớn
lượng tro xỉ thải ra hiện vẫn còn nằm ở các bãi chứa, hồ nước, bãi sông, đất
ruộng, chiếm nhiều diện tích và gây ô nhiễm môi trường. Vì vậy việc nghiên
cứu, áp dụng các giải pháp xử lý và sử dụng tro xỉ là rất cần thiết.
Hiện nay, tro xỉ củ
a các nhà máy nhiệt điện dùng than (Phả Lại 1, Uông
Bí, Ninh Bình được khai thác, xử lý chủ yếu để làm nhiên liệu nung vôi, gạch …
với khối lượng không lớn. Riêng tro bay Phả Lại 2 được đánh giá có chất lượng
tốt hơn, hàm lượng than chưa cháy vẫn còn cao nhưng có thể sử dụng được nếu
qua xử lý. Được biết Tổng công ty Sông Đà đang nghiên cứu lắp đặt một hệ
thống dây chuyền để thu gom và xử
lý tro của nhà máy Phả Lại 2 rồi đưa vào sử
dụng trong các công trình thủy điện, trong đó có thủy điện Sơn La.
Theo tiêu chuẩn ASTM C618 quan tâm đến 2 loại tro bay: Loại F và loại
C. Sự khác nhau chủ yếu giữa 2 loại tro bay này là hàm lương ôxyt silic (SiO
2
),
ôxyt nhôm (Al

gian. Nói chung tro bay loại C chứa > 20% CaO.
Nhờ các tính chất pozzlanic của nó, tro bay được ứng dụng thay thế cho xi
măng pooclan trong bê tông. Việc sử dụng tro bay như là hợp thành poozzlanic
được công nhận đầu tiên vào năm 1914, mặc dù nghiên cứu sử dụng thực sự
đáng chú ý là năm 1937. Sử dụng tro bay như là chất thay thế một phàn cho xi
măng nói chung chỉ là hạn chế
cho tro bay loại F. Nó có thể thay thế tới 30% về
khối lượng cho xi măng pooclan và có thể làm tăng sức chịu đựng hóa học và
tuổi thọ của bê tông.
Gần đây nhất là công nghệ trộn bê tông có hàm lượng tro bay thay thế xi
măng cao đã được triển khai (Thay thế 50% xi măng). Đối với bê tông đầm lăn
(Dùng trong xây dựng đập thủy điện) đã đạt được 70% pozzocrete (Tro bay đã
tuyển) ở dự án đập th
ủy điện Ghatghar ở Maharastra, Ấn Độ.
Dựa vào báo cáo phân tích tại Viện Khoa học công nghiệp. Đại học
Tokyo, Nhật Bản (Be402, 4-6-1 Komaba, Meguro-ku, Tokyo 153 – 8505, Japan)
tro xỉ than ở hầu hết các nhà máy nhiệt điện Việt Nam thuộc loại F, không phản
ứng với nước, vì vậy mà giải pháp bơm tro cùng với nước ra bãi thải được áp
dụng triệt để, phớt lờ các tác động đến môi trường. Kết quả điều tra cho th
ấy
môi trường đất và nước ở quanh bãi thải bị ảnh hưởng nghiêm trọng, với hàm
lượng các chất độc hại như kim loại nặng rất cao (JBIC).
Việc khai thác sử dụng tro xỉ cũng như tro bay tự phát vì bản thân ngành
điện và các nhà máy không có chủ trương khai thác tro hoặc không có điều kiện
7
khai thác, nhân dân quanh khu vực các bãi xỉ than đang khai thác một cách tự
phát, chủ yếu làm gạch xây nhà bằng cách trộn với vài phần trăm xi măng và
nước.
Công ty nhiệt điện Cao Ngạn thuộc tập đoàn Than & Khoáng sản Việt
Nam là công ty nhiệt điện đốt than theo công nghệ tầng sôi tuần hoàn, gồm 2 tổ

Bộ Công Thương đề tài : “ Nghiên cứu công nghệ thu hồi tro bay của nhiệt
điện Cao Ngạn dùng cho sản xuất vật liệu không nung”
Hợp đồng đặt hàng sản xuất và cung cấp dịch vụ sự nghiệp công, nghiên
cứu khoa học và phát triển công nghệ số: 42.09 RD BS/HĐ- KHCN
Ký giữ bộ Công thương và viện Nghiên cứu Sành sứ Thủy tinh Công
nghiệp ngày 05 tháng 05 năm 2009
8
Nhiệm vụ của đề tài:
- Khảo sát đánh giá nguồn tro bay của nhiệt điện Cao Ngạn
- Xây dựng qui trình kỹ thuật thu hồi tro bay, ứng dụng vào sản xuất vật
liệu không nung.
- Xác định bài phối liệu cho sản xuất vật liệu xây dựng không nung.
- Qui trình sản xuất gạch không nung như gạch Block, gạch nhẹ cách âm
và cách nhiệt…
- Ứng dụng 20 tấn tro bay vào sản xu
ất vật liệu không nung.
do đó tạo ra một khố
i lượng tro xỉ rất lớn, hàng trăm triệu tấn mỗi năm. Do đó
chất lượng tro xỉ khi ứng dụng vào một số ngành xây dựng, phụ gia chống thấm
cho bê tông chưa đảm bảo chất lượng vì vậy người ta thường áp dụng các công
nghệ tuyển như sau:
a. Công nghệ tuyển nổi
Sau quá trình đốt trong lò tro xỉ còn chứa từ 12-25% than chưa cháy hết
do vậy cần tuyển nổi để
đưa hàm lượng than xuống dưới 6%. Quá trình tuyển
đưa vào các thuốc tập hợp là dầu hỏa, diezen với chi phí từ 1,5-2 kg/tấn sản
phẩm, thuốc tạo bọt sử dụng dầu thông với chi phí 1kg/tấn sản phẩm.
b. Công nghệ tuyển tĩnh điện
Phương pháp này dựa vào hệ số dẫn điện của than và tro khác nhau để
phân chia thành hai sản phẩm. Sản phẩm than có hệ số dẫn đi
ện tốt đi về phía
cực dương, sản phẩm tro có hệ số dẫn điện kém đi về phía cực âm (tang quay)
10
phương pháp này thường ứng dụng với hàm lượng than thấp dưới 12% và cỡ hạt
trên 20µm thì có hiệu quả.
c. Công nghệ đốt các bon
Phương pháp dựa vào hiệu ứng đốt than còn lại trong tro xỉ bằng gas để
hạ hàm lượng than ở nhiệt độ khoảng 900
o
C.
2 Tình hình tuyển và chế biến tại Việt Nam
a. Công nghệ tuyển nổi: Vào năm 1994-1995 công ty DETECH đã tiến
hành tuyển nổi tro xỉ nhà máy nhiệt điện Phả Lại với công suất 200 tấn/ngày, tuy
nhiên tại giai đoạn đó chưa có thị trường ổn định do vậy dự án không phát triển
quy mô lớn. Trong những năm gần đây do nhu cầu phát triển của các nhà máy
thủy điện cần đế
11
Sơ đồ công nghệ tuyển như sau:

Cấp nước Thải

được nghiền, đóng bao.
Sơ đồ công nghệ như sau:
Cấp nước

Phơi
Đóng bao
Tro bay
Xưởng đóng gạch xỉ
Gạch xỉ khô
Cylo chứa tro xỉ than
Cylo Than
Máy cấp liệu
Máy tuyển tĩnh điện
Cylo tro xỉ
Than Tro xỉ
14

CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG TUYỂN NỔI
1. Đặc điểm thành phần vật chất tro xỉ nhà máy nhiệt điện Cao Ngạn
Nhiệt điện Cao Ngạn có công suất thiết kế 100MW, hàng năm nhà máy
nhiệt điện này tiêu thụ khoảng 450.000T than khai thác tại mỏ Núi Hồng Thái
Nguyên. Đây là một nhà máy nhiệt điện sử dụng than đạt các yêu cầu về môi
trường.
Do trong than Núi Hồng có hàm lượng S cao, khi đốt cháy sẽ sinh ra SO
2

→ CaO + CO
2
(1)
và vôi sống sẽ phản ứng với SO
2
:
CaO + SO
2
+ O
2
→ CaSO
4
(2)
Lượng đá vôi được tự động điều khiển để đảm bảo hiệu suất làm sạch khí
SO
2
là tốt nhất nhờ một thiết bị đo nồng độ SO
2
đặt trên đường dẫn khí thải.
15
Sản phẩm của quá trình làm sạch khí SO
2
là thạch cao khan – CaSO
4
, sau
đó thạch cao khan sẽ được thải ra ngoài môi trường cùng với xỉ than. Toàn bộ
bụi xỉ than sau đó được các thiết bị xử lý bụi thu hồi ra bãi chứa. Sở dĩ các nhà
thiết kế chọn dạng lò này bởi lẽ trong lò tầng sôi, các hạt đá vôi được lưu lơ lửng
trong lò một khoảng thời gian nhất định nên có đủ thời gian và điều kiện xảy ra
các phản ứng (1) và (2), do vậy hi

2
Al
2
O
3
Fe
2
O
3
CaO MgO R
2
O MKN
Hàm lượng 30,76 11,82 8,32 11,44 0,69 1.59 23.32
(Kết qủa phân tích tại Viện N/C Sành sứ Thủy tinh)
Hiện nay, mỗi ngày nhiệt điện Cao Ngạn thải ra khoảng 1000 tấn tro than
mà chưa có biện pháp nào xử lý, tận thu một cách hiệu quả. Đây là loại tro than
16
màu nâu hồng, có hàm lượng MKN khá cao nên chưa được tận dụng làm phụ
gia khoáng hoạt tính trong công nghiệp xi măng.
Thành phần tro xỉ phụ thuộc vào hai yếu tố chủ đạo là than nhiên liệu và
đá vôi đưa vào phối trộn trong quá trình đốt
Bảng 1: Thành phần hóa của than nhiên liệu [% KL]
PT01-1 PT01-2
Coal analyses receiced ALSTOM RWE QUACONTROL ALSTOM RWE QUACONTROL
Total moisture Mass % 7.11 6.7 7.69 - 6.60 7.46
Ash content Mass % 22.69 23.64 23.35 - 22.54 24.68
Total carbon Mass % 60.45 59.53 60.54 - 60.71 59.68
Hydrogen Mass % 2.53 2.59 2.58 - 2.59 2.46
Sulphur Mass % 3.35 3.34 2.93 - 3.26 2.80
Nitrogen Mass % 1.2 1.11 1.26 - 1.16 1.23

Fe
2
O
3
Mass % 0.66 - - 0.62 - -
K
2
O Mass % 0.14 - - 0.12 - -
Na
2
O Mass % < 0.05 - - < 0.05 - -
d(36.8) µm 36.6 - - 27.9 - -
Slope n - 0.7107 - - 0.6624 - -
Bulk density –loose Kg/dm
3
0.801 - - 0.778 - -
Bulk density- shaked Kg/dm
3
1.379 - - 1.476 - -
Average density Kg/dm
3
1.090 - - 1.127 - -
Reaktivity g-S/kg lime 93.8 - - 90.8 - -
17
Theo tài liệu tham khảo phân tích của nhà máy nhiệt điện Cao Ngạn 1.3 Kết quả phân tích thành phần tro bay của công ty nhiệt điện Cao Ngạn
khi đốt than và đá vôi
Bảng 3: Thành phần hóa của tro bay khi đốt than với đá vôi [% KL]

16 µm R [%] 41.4 - - 42.28 - -
25 µm R [%] 25.18 - - 25.59 - -
40 µm R [%] 10.2 - - 10.23 - -
63 µm R [%] 1.75 - - 1.72 - -
80 µm R [%] 0.13 - - 0.11 - -
18

(Một số kết quả phân tích tro bay Cao Ngạn theo ALSTOM, tài liệu tham khảo của nhà máy
nhiệt điện Cao Ngạn)

1.4 Kết quả phân tích thành phần tro bay khi nhà máy nhiệt điện Cao Ngạn
chỉ đốt than không
Bảng 4: Thành phần hóa của tro bay khi đốt than không [% KL]

PT01-1 PT01-2
Coal ash composition ALSTOM RWE QUACONTROL ALSTOM RWE QUACONTROL
Silicium oxide Mass % 41.00 39.50 39.42 - 39.50 39.09
Aluminium oxide Mass % 13.90 11.90 14.69 - 12.20 14.44
Titanium oxide Mass % 0.49 0.42 0.46 - 0.43 0.44
Iron (III) oxide Mass % 12.80 12.30 12.69 - 12.40 11.86
Calciumoxide Mass % 16.90 18.90 16.17 - 18.30 17.38
Magnesium oxide Mass % 1.01 0.95 1.38 - 1.01 1.13
Sulphur trioxide Mass % 9.46 13.90 - - 13.80 -
Sodium oxide Mass % 0.03 < 0.1 0.21 - < 0.1 0.25
Potassium oxide Mass % 1.46 1.29 1.97 - 1.30 1.97
Phosphorus V oxide Mass % 0.96 0.87 0.92 - 0.92 0.88
Manganese oxide Mass % 0.12 - - - - -

PSD


ích.
Thuốc tuyển nổi có thành phần rất đa dạng. trong đó có thể bao gồm
những hợp chất vô cơ và hữu có, có thể là các axit và kiềm, các loại muối,
những chất có thể tan được hoặc không tan được trong nước.
Tùy thuộc và mục đích sử dụng các thuốc tuyển nổi được phân chia thành
những loại sau đây:
Thuốc tập hợp:
Đó là những hợp chất hữu cơ có tác dụng một cách chọn lựa lên bề mặt
những hạt khoáng vật nhất định và làm cho bề mặt đó có tính kị nước. Thuốc tập
hợp tác dụng tập trung trên bề mặt phân chia pha khoáng vật- nước do đó làm kị
nước bề mặt hạt khoáng vật và đảm bảo khả năng bám dính cần thiết của nó và
bóng khi để cùng nổi lên.
Thu
ốc tạo bọt:
Thuốc tạo bọt là những chất có hoạt tính bề mặt, khi hấp phụ lên bề mặt
phân chia pha nước – không khí (bề mặt bóng khí trong nước) thì có khả năng
giữ các bóng không khí luôn ở trạng thái phân tán, ngăn chúng hợp nhất với
nhau thành bóng lớn. Thuốc tạo bọt làm tăng độ bền của bọt tuyển nổi do đó nó
làm tăng tính ổn định của bọt khoáng hóa đang và đã nổi lên trên b
ề mặt bùn.
20
Thuốc điều chỉnh:
Nhiệm vụ chính của các loại thuốc này là điều chỉnh tác dụng của thuốc
tập hợp lên các hạt khoáng vật khác nhau để nâng cao tính lựa chọn của quá
trình tuyển nổi. Do sự tác dụng của thuốc điều chỉnh mà thuốc tập hợp chỉ tác
dụng và làm kị nước những khoáng vật nào cần đưa vào sản phẩm bọt.
Dự
a vào tác dụng của chúng các thuốc điều chỉnh lại được phân chia
thành các loại sau đây:
- Thuốc kích động

thành hai loại chính:
Loại thuốc tác dụng trực tiếp hoặc điều chỉnh tác dụng của các loại thuốc
khác lên bề mặt khoáng vật. Các thuốc tuyển nổi loại này có thể chia thành hai
nhóm nhỏ. Nhóm thứ nhất gồm những loại thuốc tác dụng trực tiếp trên bề mặt
khoáng vật hoặc trên những vùng lân cận bề mặt đ
ó. Trong nhóm này bao gồm
tất cả các loại thuốc tập hợp, thuốc đè chìm và thuốc kích động. Nhóm thứ hai
gồm các loại thuốc tuy có tác dụng đến quá trình tuyển nổi nhưng chỉ nằm trong
nước. Trong nhóm này chủ yếu bao gồm các chất điều chỉnh nồng độ ion
hidroxyl (OH
-
) và hidro (H
+
), những chất làm mất tác dụng của các ion nằm
trong nước và ảnh hưởng xấu đến quá trình tuyển nổi (như làm kết tủa các ion
đó).
Loại thuốc tác dụng trên bề mặt phân chia pha lỏng – khí. Đó là các loại
thuốc tạo bọt.
Đối với tất cả các loại thuốc tuyển nổi đều có những yêu cầu sau đây: Tác
dụng có tính chọn lựa, có thành phần ổn định, rẻ tiề
n, dồi dào về số lượng, dễ sử
dụng (không bị hư hỏng khi bảo quản, dễ hòa tan trong nước, không có mùi khó
chịu, không độc hại …)
Nhóm đề tài thử nghiệm thuốc tuyển nổi hai loại như sau:
- Thuốc tập hợp bao gồm dầu FO, dầu diezen, chi phí 1,5 kg/tấn.
- Thuốc tạo bọt dầu thông có hàm lượng Terphinol > 40% được hòa tan
trong dầu hỏa trắng hoặc trong nước sôi, chi phí 1,0 kg/tấn.
2.2 Xác đị
nh tỷ lệ rắn/lỏng tối ưu
Quá trình thí nghiệm tuyển nổi xỉ than việc xác định tỷ lệ rắn/lỏng tối ưu

2.3 Xác định chế độ thuốc tập hợp tối ưu
Trong công nghệ tuyển n
ổi xỉ than thuốc tập hợp thường xử dụng là hợp
chất dầu hỏa, dầu diezen hoặc là hỗn hợp cả hai loại. trong các thí nghiệm thuốc
tập hợp xử dụng dầu diezen với các chi phí khác nhau nhằm xác định chế độ tối
ưu cho quá trình tuyển.
Kết quả các thí nghiệm được thể hiện ở bảng sau:
Bảng 6: Tỷ lệ thuốc tối ưu [% KL]
Sản phẩm bọt (g)
STT Chí phí thuốc
tập hợp (g)
Khối lượng
tro (g)
Tỷ lệ R/L Thời gian
tuyển (phút)
G γ %
1 1000 g/tấn 300 30% 7 41,70 13,90
2 1500 g/tấn 300 30% 7 56,16 18,72
3 2000 g/tấn 300 30% 7 81,90 27,30
23
4 2500 g/tấn 300 30% 7 52,38 17,46
5 3000 g/tấn 300 30% 7 39,63 13,21
Kết quả chế độ thuốc tập hợp tối ưu:
0.00
5.00
10.00
15.00

Dựa trên kết quả thí nghiệm nghiên cứu trong phòng nhóm thực hiện đề
tài đã tiến hành triển khai tuyển 500kg tro bay với các thông số như sau:
Tỷ lệ Rắn/Lỏng : 30%, Thuốc tạo bọt 1kg/tấn, Thuốc tập hợp 1,5 kg/tấn
Tro bay được hòa vào bể khuấy với thể tích là 9 m
3
với tỷ lệ rắn/lỏng là
30% sau đó được khuấy đều trong khoảng thời gian 7 – 10 phút, trong qúa trình
khuấy bổ xung dầu FO với lượng là 80% khối lượng tổng dầu FO cần bổ xung
Tro bay sau khi được khuấy đều trong bể khuấy chúng được chuyển sang
máy tuyển qua hệ thống van, tại máy tuyển nổi 4 ngăn thì 20% lượng dầu FO
được bổ xung tiếp và bổ xung lượng dầu thông thực hiện quá trình tuyển nổ
i.
Qua máy tuyển nổi 4 ngăn ta thu được phần trên là bọt than và phần dưới đáy là
tro bay.
Sau khi được bọt than và tro bay chúng được để làm khô tự nhiên tới độ
ẩm < 20% (Kết quả phân tích thành phần hóa của tro bay sau tuyển được thể
hiện phục lục)
2.6 Thử nghiệm tro bay vào trong sản xuất bê tông
Nhóm thực hiện đề tài thử nghiệm tro bay sau khi tuyển vào trong bê tông
cấp phối vật liệu cho 1m
3
bê tông, khi dùng xi măng PCB 30 tại các công ty xi
măng như sau:
Bảng 7: Tỷ lệ cấp phối bê tông
Mác bê tông Xi măng (kg) cát (m
3
) Đá (m
3
) nước sạch (lít)
150 288,025 0,505 0,913 185

nhận sét sau:
Khi hàm lượng tro bay thay thế xi măng tăng thì lượng nước tiêu chuẩn
của xi măng tăng. Do thành phần của tro bay có cỡ hạt rất mịn nên tổng diện tích
bề mặt lớn, nhu cầu nước tăng. Mặt khác, khi tăng tro thì hàm lượng CaSO
4

trong hỗn hợp cũng tăng, một phần thạch cao chưa được no nước hoàn toàn cần
nước để hydrat.
Chất lượng bê tông khi thay thế một phần xi măng bằng tro bay có cường
độ giảm so với khi không thay thế, do tro bay sau khi tuyển vẫn có hàm lượng
mất khi nung cao, hàm lượng CaSO
4
lớn (trên 20%), lượng CaO tự do lớn.
Vì vậy nhóm đề tài thực hiện ứng dụng trực tiếp tro bay của nhiệt điện
Cao Ngạn vào sản phẩm gạch không nung không qua khâu tuyển.
Định hướng nghiên cứu nghiên cứu triển khai sản xuất gạch không nung
Đề tài nghiên cứu theo 2 hướng là chế tạo gạch block không nung sử dụng
phương pháp dưỡng ẩm tự nhiên và phương pháp hấp.