Vietnamese  |  English
Tìm kiếm
Xi măng trong tương lai – Nghiên cứu ngoài OPC
Xi măng Portland thông thường (Ordinary Portland Cement – OPC) đã từ lâu là loại xi măng được sản xuất phổ biến nhất, là loại hàng hóa được tiêu thụ lớn thứ hai trên thế giới sau nước. Quá trình sản xuất OPC tạo ra lượng CO2 rất lớn và đáp ứng nhu cầu OPC hiện tại trên thế giới dẫn đến việc hàng triệu tấn khí sẽ được phát thải ra môi trường mỗi năm. Với việc ngày càng có nhiều sự quan tâm tới các ảnh hưởng của CO2 tới tình trạng khí hậu môi trường trên thế giới, các nhà sản xuất xi măng đã rất cố gắng trong việc giảm lượng nhiên liệu sử dụng, tiết kiệm hiệu quả và tái sử dụng các phế thải trong sản xuất xi măng.
Trước khi diễn ra Hội thảo về Xi măng trong Tương lai mà đã được tổ chức ở Luân Đôn, Vương Quốc Anh hôm mùng 8/2/2011, Global Cement Magazine đã nghiên cứu các đề xuất và các giải pháp hiện tại đối với việc giảm lượng phát thải CO2 trong quá trình nung hoặc khử bỏ CO2 hoàn toàn.


Ảnh trên: Các vách đá Portland trên bờ biển Jurrassic, Dorset, Vương Quốc Anh. James Aspdin đã đặt tên OPC sau đá Portland do các đặc điểm nhận biết giống nhau của hai loại vật liệu này.

Kể từ khi James Aspdin được cấp bằng sáng chế trong năm 1824, OPC (CEMI) đã trở thành tiêu chuẩn về sản xuất xi măng trên thế giới. Các nguyên liệu thô cơ bản cần cho sản xuất OPC: đá vôi, cát và nguồn nhiên liệu đều có sẵn ở mọi lục địa và kết quả là OPC đã được các nhà sản xuất sản xuất ra trên khắp toàn cầu với số lượng các quốc gia sản xuất không ngừng gia tăng. Global Cement Directory 2010 đã liệt kê được 1997 nhà máy xi măng tổng hợp ở 137 quốc gia, với tổng công suất chung là 3132 triệu tấn/năm. Hầu hết các nhà máy này sản xuất OPC và đạt hiệu quả kinh tế quy mô lớn và tính phổ biến của OPC đã vượt qua các loại xi măng khác trên các thị trường nhỏ.

Tuy nhiên, OPC không phải là một sản phẩm lý tưởng xét về các điều kiện môi trường. Quá trình sản xuất clinker OPC không chỉ đòi hỏi các khối lượng nhiên liệu lớn (thường là nhiên liệu hóa thạch) để đốt lò, mà quá trình hóa học khử các-bon-nat diễn ra trong lò sẽ tạo ra gần 1 tấn CO2/ 1 tấn clinker sản xuất ra. Điểu này có nghĩa là quá trình sản xuát xi măng là quá trình tạo ra rất nhiều lượng phát thải CO2. Ngành công nghiệp này đã nhất trí rằng quá trình sản xuất xi măng sản sinh ra 5 – 6% trong tổng lượng phát thải CO2 trên toàn thế giới.


Hình trên: Các bao OPC sẵn sàng cho sử dụng. Cho dù tình trạng khủng hoảng tài chính hiện tại ở các nền kinh tế phát triển, tiêu thụ xi măng ở các nền kinh tế đang phát triển tiếp tục tăng cùng với sự tăng trưởng kinh tế.

Điều đáng lưu ý là, căn cứ vào lượng phát thải CO2 cao và áp lực lớn đặt ra đối với các ngành công nghiệp khác là phải giảm thấp lượng phát thải CO2, quá trình sản xuất xi măng chưa được chính phủ các nước cũng như công chúng nhìn nhận trên cùng một phương diện. Tuy nhiên, ngành này đang tìm cách để giảm lượng phát thải CO2 và có nhiều quy trình mới phát triển có thể mang lại các lợi ích quan trọng.

Các giải pháp giảm lượng phát thải CO2 hiện tại 

Đã có nhiều bằng chứng cho thấy ngành công nghiệp xi măng đang cố gắng để giảm tổng lượng phát thải CO2. Tính đến nay, việc giảm lượng phát thải CO2 liên quan đến vấn đề tài chính và môi trường và bao gồm cả việc sử dụng các nhiên liệu thay thế, những nhiên liệu có nguồn gốc từ các vật chất mà theo truyền thống được coi là rác thải; các mẩu lốp xe vụn, dầu thải, bột xương và các viên rác thải đã qua xử lý. Điều này tiết kiệm được các chi phí về nhiên liệu hóa thạch, do đó dẫn đến chi phí cho quá trình sản xuất của các nhà sản xuất sẽ rẻ hơn. Nơi mà sử dụng các nhiên liệu có chứa sinh chất cũng giảm được lượng phát thải CO2 vì cần ít nguồn nhiên liệu hóa thạch và cũng chuyển đổi được các phế thải từ bãi chứa rác.

Một phương pháp thông thường khác là thay thế tỷ lệ phần trăm clinker OPC bằng các vật liệu puzôlan như tro bay, metakaolin, khí silic (silica fume) hoặc xỉ lò cao dạng hạt (đã nghiền) để sản xuất các sản phẩm CEM khác nhau. Do vậy, việc sản xuất 1 tấn CEMII – CEMV sẽ phát thải ít CO2 hơn so với việc sản xuất 1 tấn OPC (CEMI). Các loại xi măng này cũng thay thế tỷ lệ phần trăm OPC mà lẽ ra đã được sản xuất khi không có chúng.

Các phụ gia như vậy thường có nguồn gốc từ rác thải. Tuy nhiên, mới đây các nhà sản xuất các nguyên liệu này đã nhận thức được giá trị của “rác thải” của họ và hiện bắt đầu tính giá trị cho chúng, đặc biệt là trong các trường hợp thuế phát thải được áp dụng liên quan đến việc sản xuất của họ. Nếu không kiểm soát, xu hướng này có khả năng làm tăng các chi phí nguyên liệu thay thế và thực tế gây ảnh hưởng đến các nhà sản xuất từ xu hướng này bao gồm cả việc các nhà sản xuất phải phụ thuộc vào việc tiết kiệm chi phí.

Các nhà sản xuất xi măng cũng đang nghiên cứu các biện pháp hiệu quả nội bộ nhằm giảm lượng phát thải CO2 và các khoản chi phí. Như đã công bố trên Global Cement Magazine năm 2010, các nhà sản xuất như Lafarge, Holcim và Pretoria Portland Cement đều đã xác nhận việc các công ty này đạt được các mục tiêu dài hạn của mình (20 đến 25 năm) liên quan đến các cải tiến đối với hiệu suất sản xuất clinker và theo đó đã thừa nhận việc giảm được đáng kể lượng phát thải CO2.

Bạn không thể thay thế được ngành hóa học”

Tuy nhiên, các giải pháp nói trên có thể thu được kết quả, hầu hết các nhà sản xuất không cân nhắc (hoặc không muốn cân nhắc) tới nguồn gây ra khoảng 50% lượng phát thải CO2 xi măng, cụ thể là bước khử các-bon-nát trong đó calcium carbonate (CaCO3) được chuyển hóa thành calcium oxide (CaO). Nếu như vì một lý do chưa xác định mà bước này có thể thay đổi được hoặc thậm chí hủy bỏ, thì khi đó có thể đạt được việc giảm bớt thêm đáng kể lượng phát thải CO2. Điều này có thể đòi hỏi phải đưa ra một cái nhìn mới đối với định nghĩa xi măng (hoặc vật liệu kết dính), theo cách nhìn nhận của ngành hóa học và của toàn bộ quá trình sản xuất. Việc bỏ qua các loại vật liệu kết dính mới sẽ bỏ qua cơ hội giảm đáng kể lượng phát thải CO2, và bỏ qua tiềm năng thị phần sinh lợi trên thị trường OPC hiện tại.

Một quan điểm về thách thức này đã được Dimitri Papalexopoulos, giám đốc quản lý của Titan Cement, tổng kết trong năm 2007. Khi đó ông nói, “Không phải là vấn đề bạn làm cái gì, việc sản xuất xi măng sẽ thường giải phóng ra CO2. Bạn không thể thay đổi ngành hóa học, vì vậy chúng ta không thể cắt giảm được nhiều lượng phát thải”. Báo cáo này là đúng theo quan điểm OPC, nhưng nhìn ra ngoài OPC, thì có khả năng có thể thay đổi được ngành hóa học. Có một số sản phẩm trong tương lai thú vị mới xuất hiện, nhiều sản phẩm trong đó có khả năng thay thế được đáng kể các tỷ lệ trên thị trường OPC căn cứ vào các điều kiện thuận lợi.

Các yêu cầu đối với các giải pháp

OPC là sản phẩm mất ít chi phí để sản xuất và phát triển mạnh đến khó tin, với các nhà máy sản xuất, các hệ thống cung cấp và các thị trường tiêu thụ được thiết lập tốt. Bất kỳ giải pháp giảm lượng phát thải CO2 nào đều sẽ cần có ít nhất một sự thay thế đổi lấy cái tương tự liên quan đến việc dễ sử dụng, các đặc tính và chi phí có thể thay thế một lượng OPC thỏa đáng. Nói cách khác, bất kỳ đặc tính giảm lượng phát thải CO2 nào hoặc các đặc tính mới lạ khác của một vật liệu kết dính sẽ có vẻ như là một khái niệm tương đối nhỏ so với khả năng của chúng đáp ứng được OPC về độ bền cơ học. 

Vật liệu kết dinh ngoài các loại truyền thống

Các vật liệu kết dính được hoạt tính bằng kiềm (Alkali activated binders – AAB): Các vật liệu này khác so với các sản phẩm CEM đã xác định vì vật liệu puzôlan và vật liệu chịu nước có trong các vật liệu đó không bị hoạt tính bởi clinker xi măng. Có thể chia chúng thành hai nhóm, i) các vật liệu cao CaO và bị hoạt hóa bởi những lượng nhỏ chất xúc tác và ii) các vật liệu được tạo thành bởi sự hoạt hóa kiềm mạnh các nhôm silicat không chứa CaO. Trong trường hợp thứ hai các vật liệu tạo thành các kết cấu đa nhôm silicat 3D phức tạp nhờ vào sự xúc tác, được gọi là các “geopolymer”.

Cả hai loại ABB đều là các hệ thống đa thành phần, trong đó chất xúc tác có thể được nghiền thành bột và được kích hoạt bằng cách bổ sung thêm nước hoặc có thể được hòa tan hoặc được khuấy trộn trong nước trộn.

Nhìn chung, các nhôm silicat, như metakaolin (Al2Si2O5(OH)4) hòa tan trong dung dịch kiềm, có thể tạo thành các hợp chất nhị trùng (dimer) và sau đó là các chất oligomer, cuối cùng là các chất polymer. Các chất polymer có khả năng liên kết ngang cao, dẫn đến việc tạo ra cường độ nén cao mà đã được chứng minh là tăng lên qua nhiều năm đối với một số hệ thống.

Các tiện ích khác của các vật liệu kết dính được hoạt hóa bằng kiềm bao gồm khả năng đông cứng ban đầu nhanh, phản ứng mạnh trước sự thâm nhập của chất hóa học, chịu đựng được trong một khoảng nhiệt độ và giảm lượng phát thải CO2. Lượng phát thải này có thể giảm thấp hơn tới 80% so với lượng phát thải của OPC trong một số trường hợp. Một tính chất nữa đó là chúng có khả năng hấp thụ các chất hữu cơ và vô cơ độc hại trong quá trình tồn trữ dài hạn.


Hình trên: Liệu sẽ có khả năng thay đổi được đặc tính hóa học và chuyển từ sản xuất xi măng sang sản xuất vật liệu kết dính không?

Calera - Sự khoáng hóa thông qua sự kết tủa trong nước:

Calera là một công ty của California đang quan tâm đến việc chuyển trực tiếp CO2 vào trong vật liệu kết dính. Về sự khác nhau cơ bản của nó, hệ thống phỏng sinh, CO2 thải ra sẽ đi qua nước với một tỉ lệ muối calcium và magnesium cao. Điều này dẫn đến việc tạo thành các muối không hòa tan kết tủa ra khỏi dung dịch. Quá trình này về cơ bản tương tự như “xi măng ở biển”, mà được sản xuất ra bằng san hô đối với quá trình sản xuất vật liệu vỏ sò và đá san hô. Các sinh vật như vậy có chứa sắt calcium và magnesium tồn tại trong muối nước biển và sử dụng chúng để tạo thành carbonate ở nhiệt độ và áp suất môi trường.

Quá trình Calera do đó có hai tiện ích môi trường chính. Thứ nhất là, quá trình này tận dụng được CO2 thải ra mà có thể được phát thải ra từ một nhà máy điện thông thường. Nước được sử dụng cũng có thể lấy từ một lượng lớn trong các quy trình công nghệ. Thực vậy, thực tế không có các hạn chế về nguyên liệu thô trong xi măng của Calera. Nước biển chứa hàng tỷ tấn calcium và magnesium chiếm 70% hành tinh và chỉ riêng năm 2006, 2775 nhà máy điện ở Mỹ thải ra 2,5 tỷ tấn CO2.

Quy trình này mang lại kết quả là nước biển mà được loại bỏ calcium và magnesium, sẽ lý tưởng cho việc khử muối để sản xuất nước sạch, nhưng cũng an toàn đủ để bơm ngược trở lại đại dương. Việc áp dụng quy trình công nghệ của Calera vào 600 nhà máy điện đốt bằng than ở Mỹ và các nhà máy thép cũng như các lĩnh vực công nghiệp khác là rất hấp dẫn vì việc đốt than tạo ra khí ống khói có hàm lượng CO2 cao 15%.

Trong khi quy trình sản xuất xi măng calcium carbonate của Calera không khử hết được lượng phát thải CO2, quy trình này sẽ đảo chiều phương trình. “Đối với cứ mỗi tấn xi măng chúng tôi sản xuất ra, chúng tôi tạm thu được một nửa tấn CO2,” Brent Constantz – Nhà tinh thể học, người sáng lập ra Calera, giải thích. “Chúng tôi có thể đưa ra kỹ thuật thu gom và tồn trữ carbon tốt nhất bằng một đường ống dẫn khí lò dài. Nó chỉ tốt hơn một chút so với việc trung hòa carbon – Chỉ riêng điều đó đã là một bước tiến lớn sau này.”

Công nghệ Calix: Calix là một công ty nằm ở Sydney, Úc, đã được cấp bằng sáng chế về “Horley Flash Calciner” (năm 2005, một loại calciner tiêu biểu, được quyền sản xuất và các vật liệu sản xuất được xử lý qua calciner này.

Horley Flash Calciner, được sáng chế bởi Connor Horley mới đây, chuyển đổi đá vôi, đá dolomite hoặc magnesite thành các ô-xít tương ứng của chúng trong một quá trình hiệu quả hơn nhiều so với quá trình nung truyền thống. Có một vài lợi ích mang tính thương mại liên quan đến quá trình nung đốt, bao gồm cả độ tái kích hoạt duy nhất trong các sản phẩm của quá trình, với chi phí vốn thấp hơn đối với nhà máy xử lý cần thiết và giảm được chi phí sản xuất.

Trong hệ thống này, các hạt dolomite mịn sẽ rơi xuống từ một ống đứng cao có chứa hơi quá nhiệt ở nhiệt độ 400oC. Horley đã nhận thấy rằng quá trình này chuyển đổi nguyên liệu thành các ô-xit trước khi chúng tiếp xúc với đáy của ống tháo (quá trình này chỉ diễn ra trong 3 giây) và rằng các hạt cũng có cấu tạo kiểu bọt xốp với tiết diện bề mặt hiệu quả trong vùng 100.000m2/kg. Nhờ các tiết diện bề mặt lớn này, các phản ứng hóa học có thể xảy ra nhanh hơn nhiều so với các hạt clinker nghiền truyền thống.

Ví dụ, các hạt semidolime kiểu bọt xốp dính kết quá chắc mà sản phẩm Calix đặt với cùng cường độ như bê tông thường trong 20 phút và tiếp tục được gia cường trong 24 giờ tiếp theo để tạo ra sản phẩm có cường độ cao gấp hai đến ba lần cường độ bê tông thông thường.

Ngoài ra, các sản phẩm chế tạo từ semidolime sẽ duy trì được liên kết CO2 với calcium thành CaCO3. CO2 giải phóng ra từ quá trình nung MgCO3 được thu lại như một dòng khí sạch mà có thể được dành riêng cho việc loại bỏ các phát thải và CO2 tạo ra từ quá trình nung có thể được lọc sạch bằng cách sử dụng <3% dòng sản phẩm. Tổ hợp các đặc tính này là duy nhất và các sản phẩm có hàm lượng carbon rất thấp, ít nhất là một bậc độ lớn thấp hơn so với bậc độ lớn của OPC.

Calix có một thiết bị nung ở Queensland đã được đưa vào vận hành trong tháng 12/2007. Thiết bị này hiện sản xuất các mẫu sản phẩm nung khác nhau của Calix để chứng minh phạm vi ứng dụng rộng rãi của thiết bị, không chỉ trong ngành vật liệu xây dựng, mà còn trong quá trình thu gom CO2 và sản xuất phân hóa học.

Celitement: Celitement là sản phẩm chủ lực của công ty Celitement GmbH. Công ty này được Tập đoàn Schwenk thuộc Viện công nghệ Karlsruhe (KIT) ở Baden-Wurttemberg, Đức thành lập năm 2009.

Sản phẩm này phụ thuộc vào các thành phần truyền thống của xi măng, nhưng sử dụng lượng đá vôi ít đáng kể so với OPC, mà có khả năng tiết kiệm được năng lượng, các chi phí liên quan và lượng phát thải CO2. Quá trình mà qua đó Celitement được sản xuất ra có từ năm 1994. Khi đó, công ty bắt đầu thực hiện nghiên cứu về xilicat canxi thủy tinh (calcium silicate-hydrates). Trong năm 2007, công ty đã đưa ra thiết kế hoàn chỉnh mà nhờ đó đã được cấp một loạt các bằng sáng chế cho loại vật liệu kết dính mới là loại vật liệu cơ bản của Celitement.

Celitement được sản xuất ra nhờ lấy calcium oxide và một số loại silicate khác nhau theo tỷ lệ 1:4 và gia nhiệt cho chúng trong một nồi chưng cất ở nhiệt độ trong khoảng từ 150oC đến 300oC. Quá trình này tạo ra xilicat canxi thủy tinh mà khi được trộn thêm với các silicate và được nghiền trong máy nghiền hoạt tính, tạo thành Celitements; nghĩa là: các hyđrosilicat canxi có hoạt tính thủy lực. Các Puzolan và/hoặc clinker OPC cũng có thể được bổ sung thêm vào Celitement để tạo ra một sản phẩm có những đặc tính tương tự như OPC và nhờ đó sẽ dễ dàng xử lý bằng các phương pháp đã có sẵn. Rõ ràng là calcium oxide (CaO) được tạo thành từ đá vôi, (CaCO3), nhưng tỷ lệ đá vôi sử dụng thấp hơn so với OPC thông thường và vì vậy lượng phát thải CO2 cũng thấp hơn. Quá trình hóa học từ việc tạo thành calcium oxide cho đến khi sản xuất ra sản phẩm kết dính hoàn thiện được mô tả dưới đây:

                          Bước 1: CaCO3 + Nhiệt → CaO + CO2

                          Bước 2: CaO + SiO2 + ½ H2O → Celitement

                          Bước 3: Celitement + ½ H2O → CaO-SiO2-H2O

Celitement có một số lợi thế so với OPC. Đó là quá trình gia nhiệt thấp và vì tỷ lệ calcium carbonate sử dụng thấp hơn nên sản sinh ra lượng phát thải CO2 thấp hơn. Celitement cũng có thể được sử dụng nhiều như OPC và Celitement có độ xốp thấp, giúp cho nó kéo dài được tuổi thọ và chịu được sự tác động của các chất hóa học. Celitement đã bắt đầu triển khai xây dựng một nhà máy thử nghiệm ở Đức trong tháng 8/2010.

Cenin: Cenin là một công ty ở Vương Quốc Anh chuyên sản xuất các vật liệu thay thế xi măng ‘ưu việt hơn’ từ các nguồn rác thải công nghiệp sau 15 năm nghiên cứu về mặt lý thuyết. Công ty này hiện đang giao bán hai loại sản phẩm khác nhau đến tay người sử dụng cuối cùng, cụ thể là Sản phẩm Bán Khô Cenin (Cenin Semi Dry Product – SDP) và Sản phẩm Đúc Ướt Cenin (Cenin Wet Cast Product – WCP), từ dây chuyền sản xuất của công ty ở Stormy Down, Bridgend, Wales, là dây chuyền đã bắt đầu đi vào sản xuất từ năm 2008.



Hình trên: Cenin sản xuất hai sản phẩm, Sản phẩm Bán Khô (Semi-Dry-Product) và Sản phẩm Đúc Ướt (Wet-Cast-Product), từ một hỗn hợp OPC và tro bay mà có thể nhìn thấy dưới kính hiển vi điện tử.

SDP của Cenin được tạo thành từ tro bay đá vôi, một vật liệu puzolan phù hợp với Tiêu chuẩn Châu Âu 197-1:2000 Phần 1. Tro bay đá vôi là một loại bột có khả năng chịu nước và/hoặc puzolan bao gồm calcium oxide (CaO), silicon dioxide (SiO2) và aluminium oxide (Al2O3). Nó cũng chứa một lượng nhỏ ô-xít sắt (Fe2O3) và các thành phần khác. Ban đầu sản phẩm này được bán cho sử dụng trong các ứng dụng xây dựng như lát đá mặt đường vì nó có khả năng đóng rắn rất nhanh. Quá trình sản xuất ra sản phẩm này là quá trình ít phát sinh CO2.

WCP của Cenin là một loại vật liệu ngậm nước mà cũng thuộc loại tro bay đá vôi. Cần lưu ý rằng cả hai sản phẩm này đều không yêu cầu nung và do đó cả hai sản sinh ra lượng phát thải CO2 thấp.

Quá trình sản xuất cả hai sản phẩm này đều được cấp độc quyền sáng chế. Điển hình là quá trình này điều chỉnh vật liệu puzolan mà cho dù không có chất kết dính trong vật liệu này, vẫn có thể được thiết kế hóa học để tạo ra phản ứng hóa học với xi măng Portland trong quá trình thủy hóa để cải thiện các đặc tính của sản phẩm. Do đó, quá trình này tạo ra nhiều xi măng hơn trên tấn clinker và giảm được lượng CO2. Trên thực tế, ngay khi toàn bộ quá trình được đưa vào tính toán, ‘replaCements’ của Cenin có thể tạo ra lượng phát thải CO2 thấp chỉ là 43 kg/t.

Các sản phẩm của Cenin có thể đáp ứng được các yêu cầu riêng của khách hàng, tạo ra, ví dụ, nhiệt thấp của quá trình thủy hóa trong môi trường khí hậu nóng, hoặc tăng nhiệt lên trong môi trường mùa đông khắc nghiệt.

CemStar: CemStar là một quy trình sản xuất đã được cấp bằng sáng chế và được Texas Industries Inc. (TXI) cấp phép hoạt động. Quy trình này sản xuất ra các vật liệu kết dính với thành phần hóa học tương tự như thành phần hóa học của OPC. Được cấp bằng sáng chế năm 1995, quy trình này kết hợp với một phần trăm xỉ lò cao nhưng lại không giống với xi măng xỉ lò cao dạng hạt nghiền vì nó được sản xuất nhờ đưa xỉ vào lò, chứ không phải là clinker OPC đã qua nghiền. Do vậy, quá trình này sản xuất ra nhiều OPC hơn so với nhà máy OPC thông thường.

Vì xỉ có chứa các silicate, aluminosilicate, và calcium-alumina-silicate, nên các thành phần hóa học của nó rất phù hợp với các thành phần hóa học của clinker OPC. Ngoài ra, vào lúc nó rời khỏi quá trình sản xuất sắt thép, nó đã trải qua nhiều thay đổi về hóa-nhiệt mà làm cho nó phù hợp với việc chuyển thành xi măng. Yếu tố này, ngoài điểm nóng chảy thấp, có nghĩa là bao gồm xỉ trong lò không yêu cầu phải sử dụng thật nhiều nhiên liệu. TXI khẳng định rằng cứ mỗi tấn xỉ đưa vào lò sẽ sản xuất thêm được 1 tấn OPC và do đó giảm được khoảng 1 tấn CO2 phát thải ra môi trường.

Một số nhà máy ở Mỹ đã chuyển sang sử dụng xỉ trong các lò của họ kể từ những năm 1990, với việc CemSta đã cấp một số giấy phép cho các nhà sản xuất khác ở Mỹ. Điển hình là các nhà máy lập kỷ lục về sản xuất tăng lên 8 – 15%, giảm lượng phát thải CO2 5 – 10% và tiết kiệm được chi phí nhiên liệu lên tới 15%. Theo đánh giá của Mỹ, CemStar cho biết công ty có thể hỗ trợ để nâng cao mức sản xuất xi măng ở Mỹ và do đó sẽ giảm được tình trạng phụ thuộc vào hàng nhập khẩu.

C-Fix: C-Fix không phải là sản phẩm có nguồn gốc từ khoáng chất, nhưng có thể vẫn tìm thấy có trong các ứng dụng mà OPC có khả năng được sử dụng và do đó có thể giảm được lượng phát thải CO2 nhờ thay thế một phần OPC trên thị trường. Sản phẩm này được sản xuất bởi C-Fix bv, một liên doanh giữa Royal Dutch/Shell Group và UKM Ltd. C-Fix là chất kết dính dạng nhiệt dẻo. Khi được trộn với đá, cát và phụ gia tạo thành ‘bê tông carbon’.

Sản phẩm này được tạo ra từ cặn dầu còn lại sau khi tinh chế dầu, một sản phẩm thường được xem là không có giá trị. Theo truyền thống, cặn dầu được đốt đơn giản tại các nhà máy lọc dầu để đáp ứng luật xử lý rác thải. Đây là một quá trình sản sinh ra CO2 không mang lại lợi nhuận.


Ảnh trên: Vật liệu xây dựng không kết dính có chứa Carbon và cốt liệu C-Fix có khả năng thay thế một phần OPC trên thị trường.

Thay vì phải đốt dầu này, C-Fix bv đã xây dựng một quá trình trong đó dầu được gia nhiệt tới khoảng 200oC và được trộn với đá và cát. Công ty khẳng định rằng việc sử dụng 1 tấn C-Fix sẽ giảm được lượng phát thải CO2 là 2,5 tấn khi thay thế OPC làm chất kết dính trong hỗn hợp bê tông. Khâu chuẩn bị C-Fix không cần sử dụng nước, cho phép nó chuyển sang các ứng dụng khác mà sẽ mang lại lợi ích môi trường gián tiếp.

C-Fix hiện được bán chủ yếu như là một loại vật liệu dùng cho sàn công nghiệp có các đặc tính tương tự như các đặc tính của bê tông và nhựa đường. Cũng đã phát hiện thấy vật liệu này được sử dụng cho các đập ngăn nước biển ở Ijmuiden, gần Amsterdam, các mái ngói và các đường ống nước thải. Nó ít phù hợp cho sử dụng trong các điều kiện khí hậu nóng bức vì tính chất nhiệt dẻo của nó và hiện không thể sử dụng được cho các ứng dụng chịu tải.

Các xi măng chứa Calcium sulpho-aluminate (CSA): Các xi măng CSA được sản xuất hàng loạt ở Trung Quốc, đặc biệt là của Oreworld Trade (Tangshan) Co Ltd, trong thời gian khoảng 20 năm. Chúng được sản xuất nói chung nhờ quá trình thiêu đốt rác thải công nghiệp như tro bay và thạch cao với đá vôi trong lò quay ở nhiệt độ trong khoảng từ 1200oC và 1250oC. Sau khi nung, clinker được nghiền và trộn với từ 35% đến 70% belite (calcium disilicate, Ca2SiO4) và với từ 10% đến 30% ferite (calcium ferroaluminate, Ca2(Al3Fe)2O5). Các loại hỗn hợp này, các xi măng belite CSA, là các loại xi măng đông kết nhanh với diện tích bề mặt riêng trong phạm vi 3500m2/kg.

Ở các nhà máy ở Trung Quốc, lượng phát thải CO2 chiếm khoảng 80% so với lượng phát thải đối với OPC. Sản phẩm có các đặc tính đông kết tương tự như OPC, nhưng có thể thực hiện các điều chỉnh theo yêu cầu của khách hàng. Các xi măng CSA vẫn còn đang được sản xuất với quy mô nhỏ, với sản lượng khiêm tốn 1 triệu tấn trong năm 2009. Các xi măng này hiện tại rất đắt và chưa có khả năng thay thế được nhiều cho OPC.

Eco-Cement: Eco-Cement là một sản phẩm kinh doanh trên thị trường do công ty TecEco Pty Ltd của Tasmanian sản xuất. Nó sử dụng phương pháp truyền thống riêng của ngành hóa học xi măng. Tuy nhiên, nhờ sử dụng magnesium carbonate (MgCO3) cũng như calcium carbonate truyền thống (CaCO3), công ty đã tạo ra được hai ưu thế khác hẳn so với OPC. Thứ nhất là, phản ứng khử carbonate là phản ứng chuyển hóa magnesium carbonate thành magnesium oxide (MgO). Phản ứng này cần năng lượng ít hơn nhiều so với phản ứng calcium tương tự. Điều này có nghĩa là lò nung có thể chạy ở nhiệt độ nằm trong khoảng từ 650-750oC,góp phần giảm đáng kể nhiên liệu yêu cầu và do đó giảm được cả chi phí lẫn lượng phát thải CO2. TecEco cho biết việc giảm nhiệt độ nung đốt làm cho nó dễ dàng hơn trong việc sử dụng các nguồn nhiên liệu thay thế như giàn ngưng bằng năng lượng mặt trời kết hợp với các nhiên liệu hóa thạch.

Thứ hai là, Eco-Cement có độ xốp rỗng hơn so với OPC, mà có khả năng làm cho nó hấp thụ được CO2 trong không khí rất nhanh ngay khi nó đông kết. Điều này có thể làm cho vật liệu có lượng carbon tịnh âm trong nhiều tháng thay vì một thiên niên kỷ, như đối với trường hợp OPC.

Sản phẩm hoàn thiện có thể so sánh với OPC về nhiều yếu tố liên quan đến cường độ và độ bền hóa học. TecEco cũng khẳng định độ bền cao hơn đối với các chloride và sulphate, cũng như các đặc tính có lợi khác như độ co ngót ítp hơn so với OPC. Bên cạnh các ưu thế này, Eco-Cement có thể được sản xuất tại các nhà máy hiện có, vì thiết bị được yêu cầu là giống với thiết bị hiện đang được sử dụng.

Cũng xảy ra hiện tượng chuyển hóa magnesium carbonate (MgCO3) thành các dạng hydrate khác nhau trên thế giới. Mặc dù như vậy vẫn đáng tiếc là magnesium carbonate được đánh giá theo quan điểm truyền thống là một thành phần không cần thiết trong sản xuất xi măng. Điều này có nghĩa là cho dù nó đang sẵn có, các nhà máy xi măng hiện có đều được xây dựng ở những nơi cách xa nguồn này. Do đó, chi phí vận chuyển nguyên liệu thô ban đầu sẽ cao. Magnesium carbonate cũng là một chất gây hại chút ít cho hệ thần kinh qua một thời gian dài tiếp xúc và có thể gây ra các vấn đề về sức khỏe, đặc biệt là đối với môi trường và các nền kinh tế quan tâm đến sức khỏe như Bắc Mỹ và Châu Âu.




Hình trên: Các quy trình hóa học chính được sử dụng trong sản xuất và điều chỉnh ‘Eco-Cement’ của Tec-Eco.

Công ty hiện đang thực hiện các đơn hàng mua Eco-Cement từ các nhà thầu trên cơ sở thực nghiệm.

Xi măng tro của lò đốt rác thải rắn thành thị: tro của lò đốt rác thải rắn thành thị (Municipal solid waste incinerator ash – MSWIA) có thể được sử dụng để sán xuất xi măng theo hai cách khác nhau. Đầu tiên là, tro có thể được sử dụng để thay thế tới 50% clinker OPC, mà thực tế đã thấy ở Nhật Bản. Các xi măng được chế tạo với MSWIA được sản xuất bằng cách gia nhiệt trong lò như đối với OPC, tuy nhiên quá trình này có thể thực hiện được ở nhiệt độ 1350oC thay vì 1450 – 1550oC. Do vậy, lượng nhiên liệu yêu cầu cho lò sẽ giảm được một ít nhưng với mức độ đáng chú ý và nhờ đó giảm được lượng phát thải CO2 từ quá trình này. Ngoại trừ một số loại xi măng chuyên dùng, các loại xi măng này rất giống với OPC và do vậy có thể sử dụng  và xử lý theo cách thức tương tự như OPC.

Các thành phần độc hại của MSWIA như các dioxin và chloride được đốt cháy và phân hủy ở nhiệt độ trên 800oC. Để đảm bảo rằng các dioxin không chuyển hóa, clinker sẽ được làm nguội rất nhanh xuống nhiệt độ dưới 250oC ngay khi tạo thành. Các kim loại nguy hại như ca-đi-mi (cadmium), thiếc, chì và đồng đều tồn tại trong bụi clinker tại điểm này. Bằng cách xử lý thêm, có thể tách các kim loại này ra để tinh chế và sử dụng lại. Điều này không chỉ mang lại lợi ích cho sức khỏe, mà còn giảm được nhu cầu khai thác các kim loại này từ các nguồn chưa khai thác.

Novacem: Novacem là một công ty có trụ sở tại Imperial College, Luân Đôn, Vương Quốc Anh. Công ty đang sản xuất chất magnesium để thay thế cho chất calcium, tuy nhiên công ty khẳng định sẽ tiến xa hơn một bước so với TecEco nhờ thay thế nguyên liệu chứa magnesium carbonate bằng các magnesium silicate. Công ty đang tiến hành nghiên cứu quá trình carbonate hóa gia tăng của các silicate (tạo ra MgCO3) khi tăng nhiệt độ lên (180oC) và áp suất lên (150bar). Quá trình này tạo thành hỗn hợp magnesium carbonate mà sau đó sẽ diễn ra một quá trình nung tương tự như đối với hỗn hợp này có trong vật liệu của TecEco để tạo ra magnesium oxide (MgO).



Hình trên: Các mẫu vật liệu kết dính thay thế của Novacem.

Công ty sản xuất xi măng lớn của Pháp Lafarge mới đây đã ký nhận Khế ước “Xi măng Xanh” của Novacem, đưa 1 triệu bảng Anh (1,22 triệu Euro) trên danh nghĩa cho Novacem để hỗ trợ việc xúc tiến chương trình nghiên cứu của công ty và hỗ trợ xây dựng một nhà máy xi măng thực nghiệm công suất nhỏ 25.000 tấn/năm bên cạnh nhà máy OPC hiện có ở Vương Quốc Anh. Lafarge và bất cứ công ty đăng ký nào khác mà có thể nhận hàng đều có thể bán Novacem theo giấy phép cấp từ Novacem ngay khi nhà máy đi vào vận hành.

Xi măng của Novacem bao gồm khoảng 50 – 80% magnesium oxide và các magnesium carbonate được hydrat hóa, cho phép phát triển cường độ nhanh trong các ứng dụng mà CO2 không có sẵn, (nghĩa là: ở dưới nước). Novacem cho biết xi măng này vẫn đang trong quá trình hình thành, nhưng cũng đã phù hợp với các ứng dụng không chịu tải, cấp độ thấp, như sản xuất các sản phẩm xây dựng.

RockTron: RockTron là một công ty có trụ sở ở Vương Quốc Anh xử lý tro bay từ các nhà máy điện đốt bằng than để thu hồi lại các vật liệu khác nhau. Tro bay đầu tiên được tinh lọc nhờ phương pháp tuyển nổi bọt để tách các alumino-silicate và magnetite ra khỏi carbon. Tiếp theo, magnetite được tách ra nhờ sử dụng các máy phân ly từ tính trước khi tiến hành khử sạch tạp chất và phân loại các alumino-silicates để bổ sung thêm vào OPC.

Băng việc thay thế tỷ lệ phần trăm của clinker theo tỷ lệ 1:1, nên sẽ cần sử dụng ít clinker cho mỗi tấn xi măng. Nhờ tách ra được tới 90% carbon, vật liệu này có thể đạt được tất cả các ưu thế của xi măng chứa tro bay; giảm được tính thẩm thấu, độ bền duy trì được lâu và giảm được nguy cơ xảy ra phản ứng alkali silica. RockTron dự đoán sẽ giảm được 450.000 tấn CO2 trên mỗi 500.000 tấn tro bay được xử lý.

Nhờ làm sạch tro bay trong một số sản phẩm khoáng vật hữu ích, RockTron sẽ giảm được một lượng phế thải tro bay xả ra bãi chứa rác và nhờ thay thế clinker OPC, sẽ giảm được nhu cầu khai thác các nguyên liệu. Cả hai yếu tố này rõ ràng là đều có lợi cho môi trường.

RockTron có hai nhà máy ở Vương Quốc Anh. Một nhà máy sản xuất với quy mô lớn tại Fiddlers Ferry, Merseyside. Nhà máy này có khả năng xử lý 0,8 triệu tấn tro bay/năm. Còn một nhà máy R&D/ kiểu mấu tại Gale Common, Yorkshire có thể vận hành với công suất 3,2 tấn/giờ. RockTron lập kế hoạch mở rộng các hoạt động của mình tại Gale Common thông qua việc xây dựng hai nhà máy mới, cả hai nhà máy này có công suất xử lý tro bay là 0,8 triệu tấn/năm.

Các loại sản phẩm hiện thời của công ty bao gồm hai loại xi măng tạo thành với clinker OPC và các viên nhãn hiệu CenTron, một loại viên rỗng nhẹ phù hợp cho kết hợp với các xi măng nhẹ dùng trong các ứng dụng đặc biệt.

SlagStar: SlagStar là một sản phẩm không phải OPC đã được công ty Wop-finger Baustoffindustrie của Áo sản xuất trong hơn 18 năm qua. Hiện đã được cấp giấy phép độc quyền nhãn hiệu ở 50 quốc gia, là kết quả của quá trình tìm kiếm một loại xi măng có nhiệt hydrat hóa thấp. Về cơ bản, nó là một loại xi măng siêu sulfat mới bao gồm xỷ lò cao dạng hạt, các hóa chất alkaline sulphate, thạch cao và các phụ gia khác. Việc sản xuất SlagStar không cần nung và do vậy giảm được lượng phát thải CO2 từ 73%-90%/tấn so với các sản phẩm CEMIII. Theo quan điểm môi trường thì đây rõ ràng là một ưu thế lớn.

SlagStar có độ bền nén cao hơn so với độ bền nén của OPC và cũng có độ bền acid và sulphate cao hơn khiến cho nó phù hợp để sử dụng trong đất rắn hoặc trong các ứng dụng công nghiệp chịu được ăn mòn.

Quá trình nhiệt thủy hóa một loại bê tông điển hình diễn ra khi sử dụng SlagStar ở 9oC, thấp hơn 75% so với quá trình đó ở các sản phẩm bê tông thông thường. Điều này làm cho nó phù hợp để sử dụng trong các ứng dụng cần tránh hiện tượng giãn nở nhiệt trong khi đông kết, như xây dựng đê điều. Nếu như được tiếp thị thỏa đáng cho các nhà thầu ở các khu vực này, SlagStar có thể thay thế một số ứng dụng OPC.

 

Kết luận

Rõ ràng là có một số lượng lớn các chất thay thế OPC tiềm tàng đang được sản xuất ra bởi các công ty mới, các trường đại học và các nhà sản xuất đã có danh tiếng. Bài viết này chỉ trình bày phần nào công việc đang được thực hiện. Một số qúa trình có sử dụng các chất hóa học hoặc nhận được sự giúp đỡ của các công ty sản xuất lớn và các quá trình khác thậm chí đã sẵn sàng đi vào sản xuất.

Đáng tiếc là, bất cứ loại vật liệu có CO2 thấp so với OPC đều sẽ trở thành vật liệu thay thế đắt tiền lúc đầu. Nó có thể không giống với tính chất của nó và sẽ cần được sản xuất hàng loạt và trải qua quá trình chuẩn hóa nếu nó trở thành một loại hàng hóa. Điều này có nghĩa là sẽ có một rủi ro liên quan đến việc cố gắng tiếp thị bất cứ lựa chọn nào có tính chất hóa học hoàn hảo mà đơn giản là không thể đạt được. Tính hấp dẫn quan trọng của OPC đó là khả năng dự đoán, ‘an toàn’ và nổi tiếng. Có vẻ như tại một số điểm, áp suất môi trường tăng lên sẽ có ảnh hưởng đến các nhà sản xuất OPC và họ sẽ phải tìm thêm các giải pháp và các nhiên liệu thay thế hữu dụng. Các nhà sản xuất xi măng như chúng ta đã biết có thể trở thành các nhà cung cấp các vật liệu kết dính ít độc quyền hơn so với các nhà sản xuất OPC.



Hình trên: Nhà máy chính của SlagStar ở Wopfing, Áo.


Dr. Peter Edwards, Global Cement Magzine

Nguyễn Kim Lan (Dịch từ Global Cement Magazine)


Tin tức cùng loại
Đánh giá các cốt liệu dùng cho bê tông cản xạ ở Mỹ (Các phương pháp kiểm tra thạch học của các cốt liệu có độ đặc cao và chứa bo)
Nghiệm thu Dự thảo tiêu chuẩn Kính phủ bức xạ thấp
Nghiệm thu đề tài: Dự thảo TCVN 7024:2012 “Clanhke xi măng pooc lăng thương phẩm”
Polyme cải thiện các tính chất của xi măng
Chế tạo thành công Bê tông chịu lửa không xi măng
Ứng dụng gạch polymer thay thế đất sét nung
Quá trình tổng hợp các hỗn hợp xi măng trong muối nóng chảy - một nguồn nguyên liệu cho sản xuất xi măng bền vững?
Cimpor với các hợp đồng mới nghiên cứu và phát triển khả năng sản xuất vật liệu mới thay thế cho xi măng
Lợi ích của giảm dầu trong quá trình nghiền ximăng
Các nhà sản xuất Pakistan hiểu rõ các lợi ích của việc sử dụng lốp phế thải
Xi măng Zuari lựa chọn những giải pháp đổi mới về công nghệ
Kinh nghiệm sử dụng nhiên liệu thay thế trong Công nghiệp sản xuất Xi măng ở Châu Âu
Bùn thải sấy khô làm nhiên liệu thay thế
Các công nghệ kỹ thuật xi măng mới
Tại sao các polyme lại có thể biến đổi được những tính chất của xi măng.
Dùng nhiệt khí thải sản xuất ximăng để phát điện
Xử lý sự cố tại một nhà máy xi măng ở Vương Quốc Anh
Nghiệm thu đề tài: Nghiên cứu sử dụng puzơlan mỏ núi Rổ - Như Xuân- tỉnh Thanh Hoá làm phụ gia khoáng cho sản xuất xi măng và bê tông
Khái niệm mới về phối trộn bê tông
Nghiệm thu Dự thảo tiêu chuẩn quốc gia Gạch Bê tông
Tro trấu thay thế ximăng
Thủy tinh cứng hơn thép
Nhiên liệu thay thế dạng rắn (SRF) sử dụng trong các nhà máy đốt chung
Nghiệm thu hội đồng chuyên ngành dự thảo tiêu chuẩn quốc gia Vữa bền hoá gốc polyme – yêu cầu kỹ thuật và phương pháp thử
Các dịch vụ về đánh giá và chuẩn bị nhiên liệu thay thế
Nhà bằng vật liệu từ cây gai đầu tiên ở Mỹ
Công nghệ bê tông huyền phù của Công ty SUCON GmbH, CHLB Đức
Vữa xây dựng khô xi măng chất lượng cao ở LB Nga
Kỹ thuật phát điện tận dụng nhiệt dư trong công nghiệp xi măng
Haver & Boecker nạp đá tự nhiên
Lafarge công bố clinker “Aether”
Nghiệm thu đề tài : Đánh giá hiệu quả sử dụng thiết bị xử lý bụi, khí thải lò nung clanhke trong các nhà máy sản xuất xi măng & đề xuất các giải pháp nâng cao hiệu quả xử lý môi trường
Nghiệm thu DA cấp nhà nước "Nghiên cứu thiết kế, chế tạo các thiết bị chủ yếu cho dây chuyền đồng bộ sản xuất XM lò quay công suất 2.500T/ngày, thay thế nhập ngoại, thực hiện tiến trình nội địa hóa"
Đốt lại khí nhiên liệu gầy trong các lò xử lý khoáng vật
Nghiệm thu đề tài Nghiên cứu chế tạo xi măng poóc lăng đá vôi từ Clanhke xi măng poóc lăng
Môi trường hạt nhân- sự thách thức đối với bê tông
Dùng trấu làm phụ gia chế tạo xi măng mác cao
Vật liệu độc đáo từ rác thải nhựa
Vật liệu kết dính thông minh xu hướng mới hiện nay
Sửa chữa các vết nứt trong bê tông
NHỮNG NHIÊN LIỆU THAY THẾ
“Garadagh Cement” OSJC, Azerbaijan
Hội nghị chuyên đề “Sử dụng Bùn đỏ để sản xuất vật liệu xây dựng”
Phương án đa lớp để khôi phục nguồn tài nguyên
Thời của gạch granite
Các nghiên cứu về phát triển Bê tông bọt và Bê tông khí chưng áp tại Việt Nam
Than sinh học – nhiên liệu hoàn hảo cho sản xuất xi măng
Phương pháp đốt kiểu treo để tối ưu hoá nhiên liệu lốp xe trong các lò có thiết bị tiền phân huỷ (Precalciner)
Những tiến bộ về chi tiết mòn lưỡng kim đạt được từ các nghiên cứu trong phòng thí nghiệm và trong ngành công nghiệp
Các chiến lược sử dụng nhiên liệu cho lò nung
Nghiên cứu chế tạo Geocement nhằm nâng cao chất lượng bê tông ở CHLB Nga
Giải pháp bôi trơn tốt nhất cho các thiết bị chính trong ngành công nghiệp xi măng
LB Nga: Hoàn thiện các tiêu chuẩn chất lượng xi măng
Bê tông sợi thép
Xử lý các sự cố sản xuất tận gốc
Calciner hiệu quả cao
Nâng cao hiệu quả silo bảo ôn bằng các van thắt
Sử dụng tảo trong các lò xi măng để giảm lượng phát thải CO2
Cải tạo và nâng cấp thiết bị hiện có trong một nhà máy xi măng
Ứng dụng của phụ gia nano trong sản xuất bê tông xi măng
Thiết bị lọc bụi tĩnh điện
Cải tiến cơ bản thiết bị lọc bụi tĩnh điện
HỆ THỐNG PHÂN TÍCH THẾ HỆ MỚI TỐI ƯU HÓA CHẤT LƯỢNG NGHIỀN LIỆU
NHỮNG ĐIỀU CẦN SUY XÉT KHI THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẢN XUẤT CLINKER NĂNG SUẤT LỚN
Video mới nhất
Nếu không xem được video bạn phải cài Flash Player
Transparent
Transparent
Bài hot nhất
Quảng Bình: Chương trình phát triển VLXKN đang về đích
Cổ phiếu xi măng - người cười, kẻ khóc?
Vicem Hoàng Thạch: Giải pháp đồng bộ đẩy mạnh tiêu thụ sản phẩm
Thành lập các Ban quản trị nhà chung cư tại Hà Nội: Không làm, vì sao?
10 công trình kỳ vĩ trên thế giới được xây bằng bùn
Bảng chứng khoán
Mã CK
29/7
30/7
31/7
 0.0
 0.0
 2.4
 0.0
 0.0
 10.0
 4.9
 4.9
 5.1
 8.0
 8.4
 8.7
 7.1
 7.1
 7.2
 5.1
 5.6
 6.1
 12.0
 12.0
 12.0
 8.2
 8.3
 8.6
 10.2
 10.9
 11.6
 16.8
 16.5
 15.9
 11.5
 11.6
 12.7
 4.2
 4.1
 4.4
 10.1
 10.1
 10.1
 8.6
 8.6
 9.0
 5.6
 5.7
 6.2
 5.4
 5.7
 6.0
 13.7
 12.5
 12.5
 7.8
 7.9
 8.1
 3.6
 3.6
 3.6
Tin từ đối tác
Trang chủ |Tin tức |TT Thị trường |TT doanh nghiệp |Thông tin Kỹ thuật |Văn hóa- Xã Hội |Giới thiệu |Liên hệ
Đặt ximangvietnam.vn làm trang chủ
 Bản quyền thuộc về Công ty CP GN LUCKY
 Giấy phép số 78/GP-TTĐT - Bộ Thông tin và Truyền thông.
Vui lòng dẫn nguồn "Ximangvietnam.vn" khi bạn phát hành lại thông tin từ Website này.