NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG HẠT NIX PHẾ THẢI CỦA NHÀ MÁY HYUNDAI LÀM BÊ TÔNG XI MĂNG PGS. TS. TRẦN TUẤN HIỆP ThS. PHAN THANH PHƯƠNG Trường Đại học Giao thông Vận tải Tóm tắt: Bài báo giới thiệu kết quả nghiên cứu sử dụng hạt NIX phế thải của nhà máy đóng tàu Hyundai làm bê tông xi măng như là một giải pháp tận dụng phế liệu và bảo vệ môi trường. Summary: This paper presents the results of a research into utilization of NIX waste particles of Hyundai Shipyard to make cement concrete as a solution towards using by- products and protecting the environment. I. ĐẶT VẤN ĐỀ Nhà máy tàu biển Hyundai – Vinashin là một liên doanh đóng mới và sửa chữa tàu biển giữa Tổng công ty Công nghiệp Tàu Thuỷ Việt Nam và Tập đoàn Hyundai Korea (thời hạn liên doanh là 50 năm kể từ tháng 04/1999) có trụ sở tại thôn Mỹ Giang, xã Ninh Phước, huyện Ninh Hoà, tỉnh Khánh Hoà. Với ngành nghề hoán cải và sửa chữa tàu biển (chủ yếu là các loại tàu dầu, tàu hàng, tàu container) có trọng tải từ 10.000 đến 150.000 tấn; hàng năm Nhà máy nhập khẩu từ Nhật Bản và Hàn Quốc một số lượng lớn hạt Nix từ 100.000 tấn – 200.000 tấn để làm sạch vỏ tàu. Số lượng chất thải hàng năm cũng từ 100.000 tấn – 150.000 tấn tương ứng. Nhà máy đang có hơn 650.000 tấn chất thải Nix tập trung tại kho tạm. Hiện nay, việc quản lý bãi thải mang tính tạm thời, chỉ dùng vải bạt để che phủ tạm. Tuy nhiên môi trường đất và nước đều đang ô nhiễm vượt các tiêu chuẩn cho phép đến mức nghiêm trọng, nếu không xử lý kịp thời thì lượng chất thải này sẽ tồn đọng thành một bãi chất thải rất lớn và có gió thì bụi chất thải bay theo gây ảnh hưởng đến sức khoẻ đối với dân cư và môi trường xung quanh khu vực Nhà máy. TCT2 Tình trạng ô nhiễm môi trường do bụi hạt Nix từ Nhà máy đóng tàu Hyundai Vinashin báo chí đã có nhiều bài phản ánh. Nix là vật liệu có dạng hạt cấu thành từ sắt, đá vôi và SiO 2 , còn được gọi là xỉ đồng. Người ta dùng hạt Nix để phun làm sạch vỏ tàu biển. Trong quá trình phun này, hạt Nix vỡ vụn, sinh ra chất thải Nix và bụi Nix. Nhà máy cũng đã phối hợp với Công ty cổ phần xây dựng 505 dùng hạt Nix thải làm vật liệu phối trộn bê tông nhựa đường thay cho cát truyền thống cũng mới mang tính thí điểm, tuy nhiên do trong Nix thải có thành phần sơn nên khi đun ở nhiệt độ cao sẽ sinh ra khí thải rất độc. Với khối lượng lớn chất thải Nix như vậy, thì việc nghiên cứu ứng dụng trong sản xuất các loại gạch không nung nhằm cung cấp vật liệu cho xây dựng dân dụng, lát vỉa hè đường, hay thay cát trong thành phần bê tông nhựa… là chưa thể đáp ứng được yêu cầu xử lý hạt Nix phế thải. Hiện nay nhu cầu sử dụng bê tông xi măng trong xây dựng phát triển cơ sở hạ tầng GTVT là rất to lớn, hàng năm có tới hàng triệu m 3 bê tông xi măng được tiêu thụ; trong khi đó nguồn vật liệu xây dựng thiên nhiên như đá, cát vàng… được khai thác dùng cho xây dựng công trình luôn có một giới hạn về trữ lượng nhất định. Trên cơ sở phân tích đặc tính hóa lý của hạt Nix, nhằm giải quyết vấn nạn ô nhiễm môi trường do hạt Nix, nhằm tận dụng loại phế thải có khối lượng lớn này thay thế cát vàng tự nhiên khan hiếm và giá thành cao; chúng tôi đã tiến hành nghiên cứu sử dụng hạt Nix phế thải của nhà máy HyunDai - Vinashin để chế tạo bê tông xi măng. Đây là một vấn đề thực sự có ý nghĩa khoa học thực tiễn cấp thiết, chúng tôi cũng đã thu được kết quả nghiên cứu rất khả quan. Các nghiên cứu được tiến hành dưới sự chỉ đạo của PGS. TS. Trần Tuấn Hiệp; các thí nghiệm trong phòng được tiến hành do Ks. Nguyễn Thanh Phương và các cộng sự. II. CHỈ TIÊU LÝ HOÁ CỦA HẠT NIX Hạt Nix là một loại vật liệu hạt hình thành từ sắt, đá vôi và silica trong quá trình luyện đồng. Trong quá trình tinh luyện này, do đột ngột đông kết từ trạng thái nóng chảy bởi luồng khí lạnh thổi vào và được rữa bằng hơi nước áp lực cao tạo ra thành phẩm là xỉ đồng. Xỉ đồng (hạt Nix) là một loại sản phẩm phụ của quá trình luyện đồng. - Nix chưa qua sử dụng là loại vật liệu hoàn toàn trơ và không phản ứng hoá học với nước mưa, nước biển, không khí và không có tác động xấu đến môi trường. - Nix sau khi sử dụng sẽ có lẫn thêm một số các tạp chất khác trong quá trình làm sạch vỏ tàu như gỉ sét vỏ tàu, sơn, cặn hầm tàu v.v… 2.1. Hạt Nix chưa qua sử dụng Hạt Nix chưa qua sử dụng có các tính chất vật lý và thành phần hoá học cơ bản như sau: Tính chất vật lý: - Trọng lượng riêng: 3,6 tấn/m 3 CT 2 - Độ hút nước: 0,52 - Tỷ lệ làm sạch: 4,6% Bảng 1. Thành phần hoá học STT Chỉ tiêu Thành phần hoá học của Nix 1 Hàm lượng đồng (Cu) 0,77% 2 Hàm lượng sắt (Fe 2 O 3 ) 57,8% 3 Hàm lượng chì (Pb) 0,06% 4 Hàm lượng kẽm (Zn) 0,15% 5 Hàm lượng nhôm (Al) 2,09% 6 Hàm lượng silic (Si) 37,9% 2.2. Hạt Nix đã qua sử dụng (hạt Nix phế thải) a) Chỉ tiêu vật lý của hạt Nix phế thải - Mô đun độ lớn trung bình: M = 2,10. - Khối lượng riêng lớn: ρ = 3,45 g/cm 3 , chưa sử dụng ρ = 3,60 g/cm 3 . - Khối lượng thể tích xốp lớn: ρ ν = 2,026 g/cm 3 . - Độ xốp trung bình: Xo = 41,33%. - Độ ẩm trung bình: W = 3,09%. - Hàm lượng bụi, bùn, sét trung bình: Sc = 1,30%. Kết quả xác định thành phần hạt của hạt Nix phế thải được giới thiệu ở bảng 2. Bảng 2. Kết quả thí nghiệm thành phần hạt mẫu 1 Kích thước mắt sàng (mm) Phần còn lại trên sàng (%) 2,5 1,25 0,63 0,315 0,14 Lượng Nix qua sàng 0,14mm Lượng sót riêng trên mỗi sàng 0,37 5,15 36,80 27,32 20,33 Lượng sót tích luỹ trên sàng 0,74 5,89 42,69 70,01 90,34 9,66 Mô đun độ lớn: M 1 = 2,10. b)Thành phần hoá học của hạt Nix phế thải TCT2 Hình 1. Hạt Nix phế thải của nhà máy HyunDai-Vinashin Bảng 3. Thành phần hoá học của hạt Nix phế thải Hàm lượng phần tan trong Yếu tố phân tích HNO 3 10% Aqua Regia Hàm lượng tổng Sơn và HC (%) C hữu cơ (%) Fe (%) Mn (ppm) Zn (ppm) Cu (ppm) Pb (ppm) As (ppm) Cd (ppm) Cr (ppm) Ni (ppm) Co (ppm) Hg (ppm) - - 11,35; 30,68; 11,30 190; 691; 440 2 631; 7399; 3855 4 322; 7042; 5759 531; 401; 386 26; 253; 106 0,8; 6,7; 14,4 556,0; 166,8; 28,4 30,0; 13,70 50,0; 42,4 0,45; 0,42; 0,59 - - 27,21 259 4 644 4 227 582 42 0,7 280 64 107 0,26 0,12; 0,54; 1,20 0,56; 2,45; 1,73 38,56 449 7 275 8 549 1 113 68 1,5 336 94 157 0,17 SiO 2 (%) Ca (%) Mg (%) 32,92 3,80 1,09 Ghi chú: 11,35: Số gạch chân là số liệu năm 1999; 30,68: Số liệu tháng 2/2000 (không gạch chân). III. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM TRONG PHÒNG XÁC ĐỊNH CƯỜNG ĐỘ CỦA BTXM SỬ DỤNG HẠT NIX PHẾ THẢI 3.1. Chuẩn bị vật liệu thí nghiệm a) Cát vàng Cát vàng dùng để thí nghiệm so sánh đối chiếu được lấy từ các lô cát dùng cho đổ bê tông của vựa cát cầu Tăng Long - Quận 9, Tp. Hồ Chí Minh có nguồn gốc khai thác từ sông Đồng Nai. b) Hạt Nix thải Hạt Nix thải sử dụng làm thí nghiệm được lấy trực tiếp tại bãi thải (cách Nhà máy khoảng 3,0km) của Nhà máy tàu biển Hyundai – Vinashin, thôn Ninh Yển, xã Ninh Phước, huyện Ninh Hoà, tỉnh Khánh Hoà. c) Đá dăm Đá dăm dùng để thí nghiệm được mua tại mỏ đá của Công ty khai thác đá 621 Thủ Đức - Tp. Hồ Chí Minh. d) Xi măng, phụ gia Ximăng, phụ gia thí nghiệm là của nhà máy ximăng Hà Tiên 1, loại PCB-40 mua trên địa bàn Quận 9, Tp. Hồ Chí Minh. e) Nước Nước dùng để thí nghiệm được lấy từ nguồn nước máy sạch của Phòng thí nghiệm công trình Công ty TNHH Tư vấn - Xây dựng Kiến Quốc đóng trên địa bàn Quận 9, Tp. Hồ Chí Minh. CT 2 3.2. Đề cương thí nghiệm a) Mục đích thí nghiệm Đúc mẫu xác định cường độ chịu nén R n , chịu kéo khi uốn R ku, cường độ chịu kéo dọc trục R k và khối lượng thể tích của bêtông xi măng trong xây dựng đường ô tô, trong đó thành phần cốt liệu nhỏ sử dụng hạt Nix thải của Nhà máy tàu biển Hyundai Vinashin – Khánh Hoà dùng thay cho cát vàng truyền thống và loại mẫu sử dụng cát vàng truyền thống ứng với các loại Mac bê tông khác nhau, ngày tuổi khác nhau để so sánh, đánh giá và nhận xét. b) Các loại Mác bê tông Bao gồm các loại: M.200, M.250, M.300 và M.400. Ngoài ra, sau khi tính toán và trong quá trình đúc mẫu kiểm nghiệm, để chọn được thành phần cấp phối bê tông hợp lý về kỹ thuật và kinh tế, mẫu để kiểm nghiệm được đúc theo 3 tỷ lệ thành phần khác nhau như sau: + Loại mẫu có tỷ lệ thành phần bê tông theo đúng như kết quả tính toán. + Loại mẫu có tỷ lệ thành phần bê tông so với kết quả tính toán đã giảm bớt 10% lượng hạt Nix thải, giữ nguyên lượng ximăng và lượng nước, điều chỉnh lượng đá cho phù hợp với lượng Nix thải. + Loại mẫu có tỷ lệ thành phần bê tông so với kết quả tính toán đã tăng thêm 10% lượng hạt Nix thải, giữ nguyên lượng ximăng và lượng nước, điều chỉnh lượng đá cho phù hợp với lượng Nix thải. c) Tuổi mẫu Mẫu thí nghiệm dùng cho xác định chỉ tiêu về cường độ chịu nén R n có 05 loại ngày tuổi như sau: 7 ngày, 14 ngày, 21 ngày, 28 ngày, 60 ngày. Mẫu thí nghiệm dùng cho xác định chỉ tiêu về cường độ chịu kéo khi uốn R ku và cường độ chịu kéo dọc trục R k có 01 loại ngày tuổi là 28 ngày. Mẫu thí nghiệm dùng cho xác định chỉ tiêu về khối lượng thể tích bê tông có 01 loại ngày tuổi là 28 ngày. d) Kích thước mẫu Mẫu nén: Mẫu có kích thước chuẩn 15x15x15 cm (chỉ áp dụng cho tổ mẫu 28 ngày) và mẫu kích thước khác mẫu chuẩn 10x10x10 cm. 3.3. Kết quả thí nghiệm Tổng hợp kết quả thí nghiệm cường độ được giới thiệu ở bảng 4 và hình 2. Bảng 4. Tổng hợp kết quả thí nghiệm Ký hiệu mẫu R7 (daN/cm 2 ) R14 (daN/cm 2 ) R21 (daN/cm 2 ) R28 (daN/cm 2 ) R60 (daN/cm 2 ) NIX-200- 210,32 254,74 281,73 298,62 336,57 NIX-250- 247,12 291,35 320,65 338,18 385,48 NIX-300- 291,27 342,20 373,74 391,56 437,57 NIX-400- 377,29 426,54 441,77 456,85 520,83 CAT-200 222,58 273,14 303,79 320,56 364,81 CAT-250 261,06 316,48 351,18 364,41 415,94 CAT-300 310,66 368,88 393,95 407,58 461,95 CAT-400 388,35 451,57 460,77 486,81 557,60 TCT2 0 100 200 300 400 500 600 R7 (daN/cm2) R14 (daN/cm2) R21 (daN/cm2) R28 (daN/cm2) R60 (daN/cm2) Nix200- Nix300- Nix400- Nix250- Cat200 Cat250 Cat300 Cat400 Hình 2. Biểu đồ tăng trưởng cường độ của mẫu BTXM thử nghiệm IV. NHẬN XÉT, KẾT LUẬN 1. Bê tông ximăng sử dụng hạt Nix thải có cường độ đạt gần xấp xỉ cường độ của bê tông sử dụng cát vàng truyền thống. Như vậy, thường với yêu cầu về chỉ tiêu cường độ không lớn lắm (M.200 đến M.400), kết cấu mặt đường cứng bằng bê tông ximăng hoặc các kết cấu khác dùng trong xây dựng đường ôtô có thể dùng loại bê tông ximăng sử dụng hạt Nix thải thay cho cát vàng truyền thống. 2. Với bản chất là loại vật liệu trơ, không phản ứng hoá học với nước mưa, nước biển, không khí; qua biểu đồ biểu thị cường độ theo thời gian có thể dự đoán rằng công trình đường ôtô dùng kết cấu bê tông ximăng sử dụng hạt Nix có thể khai thác một cách an toàn. 3. Bê tông ximăng sử dụng hạt Nix thải có trọng lượng lớn hơn sử dụng cát vàng khoảng 8,5%. Nhìn chung, chỉ tiêu này cho thấy ưu thế trong nâng cao chất lượng đối với kết cấu công trình đường ôtô và các công trình phòng hộ, các kỹ sư tư vấn nên cân nhắc để lựa chọn hình thức áp dụng thích hợp. 4. Về chỉ tiêu kinh tế, trong một giới hạn cự ly vận chuyển hạt Nix thải đến chân công trình có nhu cầu, cho thấy việc sử dụng hạt Nix thải có giá trị kinh tế cao hơn hẳn so với sử dụng cát vàng. Mặt khác cũng cần lưu ý rằng nguồn cát vàng tự nhiên hiện khá hiếm, có trữ lượng hạn chế, giá thành cao và thậm chí có trường hợp không thể đáp ứng. 5. Trữ lượng hạt Nix tại bãi thải hiện nay của nhà máy HyunDai-Vinashin ước tính khoảng trên 650.000 tấn, và được bổ sung hằng năm khoảng từ 100.000 đến 150.000 tấn. Nếu lượng Nix thải này có thể sử dụng để chế tạo bê tông ximăng trong xây dựng các công trình hạ tầng kỹ thuật nói chung và xây dựng công trình đường ôtô nói riêng thì sẽ tạo điều kiện rất tốt cho Nhà máy Huyndai – Vinashin, UBND tỉnh Khánh Hoà trong việc giải quyết được nguồn chất thải rắn này một cách hiệu quả, khả thi, giúp giảm thiểu được tình trạng ô nhiễm môi trường khu vực hiện tại cũng như trong tương lai, khắc phục nguy cơ có thể tạm đình chỉ hoạt động nhà máy, vừa giúp cho địa phương mau chóng phát triển hạ tầng kỹ thuật như bê tông hoá các tuyến đường ôtô do giá thành công trình hạ và trên cơ sở đó góp phần phát triển kinh tế-xã hội của địa phương. CT 2 Tài liệu tham khảo [1]. Báo cáo Đánh giá tác động môi trường bổ sung Nhà máy tàu biển Hyundai – Vinashin của Trung tâm Kỹ thuật Môi trường Đô thị và Khu Công nghiệp – CEETIA tháng 8/2005. [2]. Nội dung Thông báo số 19/TB-BTNMT ngày 09 tháng 02 năm 2007 của Bộ Tài nguyên và Môi trường về kết quả kiểm tra công tác bảo vệ môi trường đối với Công ty TNHH Nhà máy tàu biển Hyundai-Vinashin. [3]. Phan Thanh Phương- “Nghiên cứu sử dụng hạt Nix thải của Nhà máy tàu biển Hyundai Vinashin – Khánh Hoà dùng thay cho cát để chế tạo bê tông ximăng trong xây dựng đường ôtô”, Trường Đại học GTVT, 2007 ♦ . M 1 = 2,10. b)Thành phần hoá học của hạt Nix phế thải TCT2 Hình 1. Hạt Nix phế thải của nhà máy HyunDai- Vinashin Bảng 3. Thành phần hoá học của hạt Nix phế thải Hàm lượng phần tan trong Yếu. Tóm tắt: Bài báo giới thiệu kết quả nghiên cứu sử dụng hạt NIX phế thải của nhà máy đóng tàu Hyundai làm bê tông xi măng như là một giải pháp tận dụng phế liệu và bảo vệ môi trường. Summary:. trình đường ôtô dùng kết cấu bê tông ximăng sử dụng hạt Nix có thể khai thác một cách an toàn. 3. Bê tông ximăng sử dụng hạt Nix thải có trọng lượng lớn hơn sử dụng cát vàng khoảng 8,5%. Nhìn