Tài liệu Nghiên cứu công nghệ thu hồi tro bay của nhiệt điện cao ngạn dùng cho sản xuất vật liệu không nung

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 1 BỘ CÔNG THƯƠNG VIỆN NGHIÊN CỨU SÀNH SỨ THUỶ TINH CÔNG NGHIỆP BÁO CÁO TỔNG KẾT 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” Thực hiện hợp đồng: 42.09 RD BS/HĐ – KHCN ngày 05 tháng 05 năm 2009 giữa Bộ Công Thương và Viện Nghiên cứu Sành sứ Thủy tinh Chủ nhiệm đề tài : K.S Nguyễn Trung Kiên Cán bộ phối hợp : ThS Nguyễn Tuấn Anh Cơ quan chủ trì đề tài : Viện Nghiên cứu Sành sứ Thuỷ tinh Công nghiệp Đơn vị phối hợp:- Công ty cổ phần khoáng sản Thành Công - Phân Viện Khoa Học Vật liệu viện Khoa học Việt Nam Chủ nhiệm đề tài Cơ quan chủ trì đề tài Nguyễn Trung Kiên Hà nôi 11/2009 2 Mục lục Trang Mở đầu 01 Chương 1 Cơ sở lý thuyết chung tuyển tro bay 06 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 dụng 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 3 MỞ ĐẦU Ở nhiều nước trên thế giới, tro xỉ than từ các nhà máy nhiệt điện được sử dụng rất hiệu quả trong nhiều lĩnh vực, đặc biệt là trong xây dựng. Việc sử dụng rác thải công nghiệp như tro xỉ than trong xây dựng đường sá luôn luôn được khuyến khích và đôi khi là một điều kiện bắt buộc. Tại Pháp 99% tro xỉ than được tái sử dụng, tại Nhật Bản con số là 80% và tại Hàn Quốc là 85%. Tại Mỹ, như hiệp hội tro xỉ Mỹ thông báo năm 2005 các nhà máy điện chạy than của Mỹ đã thải ra 123,1 triệu tấn tro xỉ tương đương với 40%. Cơ quan môi trường Mỹ đặt mục tiêu tái sử dụng 50% lượng tro xỉ vào năm 2011. Thực ra việc sử dụng tro không phải là mới mẻ, vì con người đã biết sử dụng tro từ hơn hai nghìn năm trước. Người La Mã cổ xưa đã sử dụng tro của núi lửa đem trộn với vôi và các chất phụ gia khác để xây các công trình, nhiều cái trong số đó vẫn còn tồn tại cho đến ngày hôm nay. Trong công nghiệp xi măng, tro thô được dùng để thay thế đất sét, một trong những nguyên liệu chính để chế tạo xi măng, vì tro có thành phần hóa học gần tương tự đất sét. Chính vì vậy mà ở các nước tiên tiến bên cạnh nhà máy nhiệt điện luôn luôn có các nhà máy xi măng để xử dụng tro xỉ than tại chỗ. Tro thô còn được trộn với các vật liệu kết dính như xi măng để làm vật liệu nền đường. Ngoài ra nó còn dụng làm phân bón, trong việc đánh bắt cá… Tro bay (tiếng anh là fly ash), phần mịn nhất của tro xỉ than là phụ gia rất hữu dụng trong bê tông và xi măng. Gọi tro bay vì người ta dùng các luồng khí để phân loại tro. Khi thổi một luồng khí nhất định thì hạt thô sẽ rơi xuống trước và hạt nhỏ sẽ bay xa hơn. Trong bê tông, tro bay được dùng để thay thế khoảng trên dưới 30% xi măng nhờ nhiều ưu điểm rất đặc trưng của nó như hạt tròn đều chứ không có góc cạnh như hạt xi măng, vì vậy nó giống như các chất bôi trơn khi được trộn vào trong bê tông, giúp ta có thể bơm bê tông đi xa hơn, cao hơn, hay nhờ đó mà ta có thể sử dụng ít nước trong bê tông (nghĩa là bê tông sẽ 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 4 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 năm 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 của 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 (SiO2), ôxyt nhôm (Al2O3) và ôxyt sắt (Fe2O3) trong thành phần của chúng. Các tính chất vật liệu và diễn biến về độ bền theo thời gian là khác nhau tùy thuộc chủ yếu vào bản chất các loại than đốt tạo nên chúng (ví dụ như than antraxit, than bitum, hay than non). Không phải loại tro bay nào cũng đạt yêu cầu của ASTM 618, tro nếu dùng làm chất thay thế xi măng phải đáp ứng các điều kiện nghiêm ngặt về tiêu chuẩn cấu trúc, nhưng nếu ứng dụng vào các mục đích khác thì có thể không áp dụng tiêu chuẩn trên. 3/4 tổng lượng tro phải có kích cỡ < 45µm và có hàm lượng mất khi nung < 6%. Phân bố kích cỡ hạt tro bay dao động thường xuyên, nguyên nhân là do điều kiện nghiền than và đốt than thay đổi và chế độ vận hành lò cũng thay đổi. Nên nếu tro bay đem dùng làm thành phần của bê tông thì 5 có thể cần có các thiết bị phân tách tro như máy phân loại cơ học có kiểm tra chất lượng đầu ra. Tro bay loại F: Việc đốt các loại than già hơn, cứng hơn như antraxit hoặc than bitum thường cho ta tro bay loại F. Loại tro bay này có tính pozzlanic và có hàm lượng vôi (CaO) < 10%. Để làm được các vật liệu bê tông thì cần cho thêm vào loại tro này các chất tạo xi măng. Tro loại C: Việc đốt các loại than non hơn như than non hay than bán bitum sẽ tạo ra tro bay loại C. Loại tro này ngoài tính pozzlanic có có ít tính chất tự tạo xi măng. Nếu gặp nước nó sẽ tự cứng lại và hình thành độ bền theo thời 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 thủy 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 thấy 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 6 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 máy, công suất định mức là 100MW, công suất max: 128MW. Được đưa vào sử dụng và vận hành thương mại năm 2006, hàng năm công ty cung cấp lên lưới điện quốc gia khoảng 600 triệu KWh điện. Công ty sử dụng than nhiệt trị thấp của tỉnh Thái nguyên để sản xuất kinh doanh điện. Với công nghệ đốt tầng sôi tuần hoàn, có nhiệt độ buồng lửa thấp (800-900oC) và quá trình cháy trong buồng lửa cùng với đá vôi để khử lưu huỳnh nên có các sản phẩm tro bay và tro đáy có đặc thù riêng. Theo như kết quả phân tích của công ty so sánh với tiêu chuẩn ASTM618 thì. Tổng các oxit cần thiết (SiO2, Al2O3, Fe2O3) thấp. Hàm lượng SO3 cao Thành phần chưa cháy hết cao. Việc xử lý hàm lượng mất khi nung cao bằng nhiệt đã được thực hiện nhưng khi đó thành phần trên vẫn không đạt. Hiện tại đa phần lượng tro xỉ của nhà máy chưa được sử dụng do chất lượng đánh giá là thấp. Phần lớn được sử dụng làm san lấp mặt bằng. Vì vậy Viện Nghiên cứu Sành sứ Thủy tinh Công nghiệp đã đăng ký với 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 7 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 xuất vật liệu không nung. 8 CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHUNG TUYỂN TRO BAY 1. Tình hình tuyển và chế biến trên thế giới Trên thế giới người ta thường sử dụng tro xỉ vào các mục đích theo thứ tự giảm dần như sau: - Bê tông và sản phẩm bê tông - Đắp đường, đê và điền đầy các cấu trúc - Làm ổn định chất thải và làm cứng - Vật liệu thô cho clanke xi măng - Phục hồi mỏ - Làm ổn định vùng đất nền - Làm nền đường - Vật liệu khối - Chất điền đầy tự chảy - Phụ gia khoáng hóa cho bê tông - Các ứng dụng khác bao gồm bê tông xốp, ngói lợp, sơn đúc kim loại và chất phụ gia cho sản phẩm gỗ và nhựa. Các nhà máy nhiệt điện trên thế giới thường xử dụng than làm nhiên liệu do đó tạo ra một khối 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 điện tốt đi về phía cực dương, sản phẩm tro có hệ số dẫn điện kém đi về phía cực âm (tang quay) 9 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 oC. 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 đến phụ gia bê tông dựa trên nguyên liệu là tro xỉ sau tuyển có hàm lượng các bon nhỏ (<6%) vì vậy một số nhà máy tuyển nổi xỉ than đã được thành lập. Nhà máy chế biến tro bay nhiệt điện do công ty cổ phần và dịch vụ Cao Cường (thị trấn Phả Lại – Chí Linh – Hải Dương) phối hợp với Viện Khoa học Việt Nam) với công suất 80.000 tấn/năm thành lập tháng 7 năm 2006. Nhà máy tuyển nổi tro xỉ than do tổng công ty điện Việt Nam EVN phối hợp với nhà máy nhiệt điện Phả Lại và tổng công ty Sông Đà. Nhà máy tuyển nổi tro xỉ than tại nhà máy nhiệt điện Uông Bí... Công nghệ tuyển nổi đều dựa trên nguyên lý về sự khác biệt bề mặt khoáng hóa của than và tro khi tiếp xúc với thuốc tập hợp (dầu hỏa, dầu diezen..) và quá trình tạo bọt do tác động của dầu thông. Tỷ lệ rắn/lỏng của quá trình tuyển là 30%, chi phí thuộc tập hợp 2kg/tấn nguyên liệu, thuốc tạo bọt là 2kg/tấn nguyên liệu, độ ẩm được giảm dần từ 70% xuống 50% và cuối cùng là 20-22%. Sản phẩm sau quá trình sấy tro bay có các chỉ tiêu kỹ thuật như sau: Tổng các oxit cần thiết (SiO2, Al2O3, Fe2O3) ≥ 86%. Hàm lượng SO3 ≤ 0,3%, Thành phần chưa cháy hết ≤ 5% Hàm lượng trên sàng 45µm ≤ 16%, Độ ẩm ≤ 2% 10 Sơ đồ công nghệ tuyển như sau: Bơm bùn Cấp nước Thải Sàng rung Bể điều hòa Bơm bùn Dầu M7 Thùng khuấy tiếp xúc 1 Thùng khuấy tiếp xúc 2 Thùng khuấy tiếp xúc 3 Dầu thông Thiết bị tuyển nổi Dung dịch than Dung dịch tro bay Bể cô đặc tro bay Bể cô đặc than Bơm bùn Bơm bùn Róc nước, phơi tự nhiên Bãi chứa sản phẩm Kho có mái che (Tro bay độ ẩm < 20%) 11 b. Công nghệ dốt các bon của công ty Hải Sơn JSC Nguyên lý công nghệ dựa trên hiệu ứng đốt lại tro xỉ nhà máy nhiệt điện để hạ hàm lượng than (< 6%), do đó tro xỉ nhà máy nhiệt điện Phả Lại được đóng thành gạch sau đó đưa và lò tuynen đốt ở nhiệt độ 900oC bằng gas đạt chất lượng theo yêu cầu hàm lượng các bon < 6%. Sản phẩm tro xỉ sau khi nung được nghiền, đóng bao. Sơ đồ công nghệ như sau: Tro bay Cấp nước Xưởng đóng gạch xỉ Gạch xỉ ướt Phơi Gạch xỉ khô Khí gas Lò tuynen Gạch đã xử lý MKN Kho chứa Máy nghiền Silô chứa Kho sản phẩm 12 Đóng bao c. Công nghệ tách tro xỉ than bằng tuyển tĩnh điện Công ty Sông Đà 12 đã phối hợp với Viện cơ khí Bộ Công Thương xây dựng nhà máy tuyển tro xỉ tại nhà máy nhiệt điện Phả Lại bằng phương pháp tĩnh điện. Nguyên lý tuyển tro và than bằng phương pháp này dựa trên sự khác nhau của hệ số dẫn điện bề mặt của tro và than. Nhà máy xây dựng xong dự kiến công suất 20 tấn/giờ, tuy nhiên trong quá trình vận hành chưa đạt được công suất và chất lượng. Sơ đồ công nghệ tuyển tĩnh điện của nhà máy như sau: Cylo chứa tro xỉ than Tro nhà máy nhiệt điện Máy cấp liệu Máy tuyển tĩnh điện Cylo Than Cylo tro xỉ Than Tro xỉ 13 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 SO2 gây ô nhiễm môi trường nên đòi hỏi phải có phương pháp xử lý khử SO2. Có nhiều phương pháp xử lý khí thải SO2 như phương pháp hoàn nguyên, phương pháp rửa kiềm, phương pháp làm sạch ngay trong lò đốt. Hiện nay, nhiệt điện Cao Ngạn đảm bảo được tất cả các yêu cầu về tiêu chuẩn khí thải. Phương pháp làm sạch SO2 mà nhiệt điện Cao Ngạn sử dụng đó là phương pháp làm sạch ngay trong buồng đốt, mặc dù phương pháp này có nhược điểm là hiệu suất sử dụng nhiệt không cao. Nguyên lý của phương pháp là sử dụng CaO để phản ứng với SO2 ngay trong lò đốt than. Vì vậy hằng năm nhiệt điện Cao Ngạn cũng phải tiêu tốn tới 200.000T đá vôi để phun kết hợp với than vào buồng đốt tầng sôi. Một số chỉ tiêu hóa học của đá vôi Cao Ngạn như sau: CaO: 50-55%, MgO: 0,5-5%, Fe2O3:0,1-2%, SiO2: 0,1-1% Trong lò đốt xảy ra phản ứng phân hủy: CaCO3 → CaO + CO2 (1) và vôi sống sẽ phản ứng với SO2 : CaO + SO2 + O2 → CaSO4 (2) Lượng đá vôi được tự động điều khiển để đảm bảo hiệu suất làm sạch khí SO2 là tốt nhất nhờ một thiết bị đo nồng độ SO2 đặt trên đường dẫn khí thải. 14 Sản phẩm của quá trình làm sạch khí SO2 là thạch cao khan – CaSO4, 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 hiệu suất làm sạch khí SO2 cao. Phương pháp làm sạch SO2 ngay trong lò đốt cho phép giảm đáng kể vốn xây dựng ban đầu do không phải đầu tư cho hệ thống thiết bị làm sạch khí riêng biệt. Với quy mô công suất 100MW như Nhà máy nhiệt điện Cao Ngạn, lượng vốn tiết kiệm được lên tới vài chục triệu USD. Khí thải ở Nhà máy nhiệt điện Cao Ngạn có nồng độ các chất khí gây ô nhiễm thấp hơn giới hạn cho phép theo TCVN hiện nay. Đây cũng là cơ sở đầu tiên ở nước ta sử dụng phương pháp làm sạch khí SO2 theo phương pháp hiện đại, có thể đáp ứng được các tiêu chuẩn về bảo vệ môi trường của khu vực trong những thập niên tới. Như vậy, trong thành phần tro than nhiệt điện Cao Ngạn thì ngoài các ôxit tương tự như đất sét, nó còn có một lượng CaSO4 khá cao (trên 20%). Kết quả phân tích thành phần khoáng của mẫu tro bay trước khi tuyển tại Trung tâm phân tích thí nghiệm địa chất cho ta thấy: Hàm lượng khoáng Anhyđrit (CaSO4) chiếm 24÷26%, canxit (CaO) chiếm 1÷3%. Lấy mẫu tro than nhiệt điện Cao Ngạn đại diện và phân tích thành phần hoá tro than Cao Ngạn được kết quả như sau: Chỉ tiêu SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO Hàm lượng 30,76 11,82 8,32 11,44 0,69 R2O MKN 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 15 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 Oxygen Mass % 2.67 3.09 1.64 - 3.14 1.68 GCV kJ/kg 23584 23311 23228 - 23796 22666 NCV kJ/kg 22872 22594 22490 - 23082 21959 Carbonal CO2 Mass % 3.09 3.67 - - 3.47 - Volatile matter Mass % 11.59 12.46 12.04 - 12.00 12.19 Bảng 2: Thành phần hóa của đá vôi nguyên liệu [% KL] PT01-1 Limestone analyses PT01-2 ALSTOM RWE QUACONTROL ALSTOM RWE QUACONTROL Total moisture Mass % 0.22 - - 0.24 - - CaO Mass % 49.43 - - 49.72 - - CaCO3 Mass % 88.22 - - 88.74 - - MgO Mass % 1.18 - - 1.15 - - MgCO3 Mass % 2.47 - - 2.41 - - CaSO4 Mass % 1.09 - - 1.07 - - SiO2 Mass % 3.71 - - 3.35 - - Al2O3 Mass % 1.22 - - 1.12 - - Fe2O3 Mass % 0.66 - - 0.62 - - K2O Mass % 0.14 - - 0.12 - - Na2O Mass % < 0.05 - - < 0.05 - - d(36.8) µm 36.6 - - 27.9 - - Slope n - Bulk density –loose Bulk density- shaked 0.7107 - - 0.6624 - - 3 0.801 - - 0.778 - - 3 1.379 - - 1.476 - - 3 Kg/dm Kg/dm Average density Kg/dm 1.090 - - 1.127 - - Reaktivity g-S/kg lime 93.8 - - 90.8 - - 16 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] PT01-1 Fly ash composition PT01-2 ALSTOM RWE QUACONTROL ALSTOM RWE QUACONTROL Silicium oxide Mass % 23.80 24.40 25.29 - 24.40 25.66 Aluminium oxide Mass % 8.07 8.09 10.85 - 8.26 10.27 Titanium oxide Mass % 0.03 0.28 0.34 - 0.28 0.4 Iron (III) oxide Mass % 11.5 12.10 11.98 - 12.30 12.17 Calciumoxide Mass % 33.3 33.10 30.80 - 31.40 30.12 Magnesium oxide Mass % 1.01 1.01 1.48 - 1.27 1.52 Sulphur trioxide Mass % 20.30 20.40 - - 20.80 - Sodium oxide Mass % 0.02 < 0.1 0.2 - < 0.1 0.22 Potassium oxide Mass % 0.79 0.81 1.34 - 0.83 1.25 Phosphorus V oxide Mass % 0..78 0.84 0.81 - 0.88 0.87 Loss on ignition Mass % 21.63 21.75 - - 22.57 - Total C Mass % 21.18 19.80 21.07 - 20.40 21.83 Total inorganic C Mass % 0.29 0.32 - - 0.30 - Total organic C Mass % 20.89 19.47 - - 20.14 - CaO free Mass % 11.60 - - - - - 1 µm R [%] 96.32 - - 96.22 - - 1.6 µm R [%] 93.95 - - 93.72 - - 2,5 µm R [%] 89.78 - - 89.56 - - 4 µm R [%] 82 - - 82.09 - - 6 µm R [%] 72.39 - - 72.91 - - 10 µm R [%] 57.38 - - 58.33 - - 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 - - Fly ash analyses PSD 17 (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 Coal ash composition PT01-2 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 - - - - - 63 µm R [%] 51.22 - - - - - 90 µm R [%] 49.80 - - - - - 200 µm R [%] 43.77 - - - - - 315 µm R [%] 38.83 - - - - - 630 µm R [%] 31.31 - - - - - 1000 µm R [%] 26.15 - - - - - 2000 µm R [%] 17.36 - - - - - 3150 µm R [%] 12.17 - - - - - 5000 µm R [%] 7.21 - - - - - 10000 µm R [%] 0.2 - - - - - PSD Tài liệu tham khảo kết quả phân tích của ALSTOM của nhà máy nhiệt điện cao ngạn 2 Nghiên cứu tuyển nổi tro xỉ nhà máy nhiệt điện Cao Ngạn 2.1 Xác định Thuốc tuyển nổi Thuốc tuyển nổi là một phương tiện có hiệu lực và đảm bảo tính chọn lựa, tính ổn định và hiệu quả cao của quá trình tuyển nổi, đồng thời nó còn tạo ra khả 18 năng lớn nhất để hoàn thiện và làm tăng hiệu quả của phương pháp tuyển nổi. Có thể khẳng định rằng, không dùng thuốc tuyển nổi thì sẽ không có phương pháp tuyển nổi. Khi nghiên cứu phương pháp tuyển nổi khoáng sản có ích thì phần lớn thời gian, phương tiện và sự suy nghĩ đều tập trung vào sự nghiên cứu chế độ thuốc tuyển. Tại các xưởng tuyển nổi chế độ thuốc tuyển là đòn bảy chính để điều khiển quá trình công nghệ. Vì những lẽ trên mà lý thuyết về tác dụng các thuốc tuyển nổi có ý nghĩa thực tiễn rất lớn. Tác dụng của thuốc tuyển nổi rất đa dạng cho phép ta thay đổi tính chất bề mặt các khoáng vật trong phạm vi rộng và do đó đã làm cho phương pháp tuyển nổi trở thành một phương pháp vạn năng nhất để làm giầu các loại kháng sản có 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. Thuốc 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 bề mặt bùn. 19 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. Dựa vào tác dụng của chúng các thuốc điều chỉnh lại được phân chia thành các loại sau đây: - Thuốc kích động Đó là loại thuốc điều chỉnh tác dụng trực tiếp lên bề mặt của một loại khoáng vật nào đó, tạo khả năng cho khoáng vật ấy tương tác thuận lợi với thuốc tập hợp. Do đó thuốc kích động có tác dụng làm tăng hiệu quả tuyển nổi. - Thuốc đè chìm Đó là loại thuốc làm cho điều kiện làm kị nước các khoáng vật của thuốc tập hợp bị xấu đi và do đó làm giảm hiệu quả tuyển nổi. Ngoài ra, thuốc kích động và thuốc đè chìm còn có thể ảnh hưởng trực tiếp đến độ bền của màng hydrat trên bề mặt khoáng vật và do đó làm thay đổi tính nổi của nó một cách độc lập đối với tác dụng của thuốc tập hợp. Thuốc kích động và thuốc đè chìm đại đa số là các chất vô cơ. Thuốc điều chỉnh môi trường: Loại thuốc này có tác dụng đảm bảo trong bùn có thành phần ion thuận lợi cho quá trình tuyển nổi. Nó làm thay đổi nồng độ ion H+ hoặc OH- và nồng độ các muối hòa tan, giữ cho các hạt mùn ở trạng thái phân tán có lợi cho tuyển nổi. Như vậy, thuốc điều chỉnh môi trường tạo môi trường thuận lợi cho một loại khoáng vật nào đó và không lợi cho những khoáng vật khác. Sự phân loại thuốc tuyển như đã trình bày ở trên chỉ là quy ước. Bởi vì thực tế có những thuốc tập hợp có tính tạo bọt và ngược lại cũng có những thuốc tạo bọt có tính tập hợp. Đối với thuốc kích động và thuốc đè chìm cũng vậy, có những thuốc trong một số điều kiện nào đó thì có tính kích động nhưng trong một điều kiện khác lại có tính đè chìm. 20