Xỉ lò cao trong sản xuất xi măng và bê tông

Xỉ lò cao là phế thải của ngành công nghiệp luyện  gang  thép, thải phẩm ở dạng hạt có đường kính từ 10 ÷ 200 mm. Đây là sản phẩm phụ của quá trình luyện quặng oxit sắt thành gang. Hiện nay, nó là vật liệu phổ biến được dùng trong sản xuất xi măng xỉ lò cao trên thế giới. Việc tận dụng phế thải xỉ lò cao trong sản xuất xi măng đã góp phần vào việc xử lý nguồn phế thải công nghiệp vì xi măng xỉ lò cao thực sự có nhiều tính chất đặc biệt như bền trong môi trường nước biển, bền sunfat, ít toả nhiệt, phù hợp với bê tông khối lớn, chống thấm tốt…

Ta đã biết xỉ là sản phẩm cháy nhiên liệu được tích lại ở thiết bị thu gom xỉ đặt ở dưới buồng đốt. Xỉ ở các thiết bị thu gom này có dạng hạt rắn, nếu được tiếp tục đốt nóng cho đến khi cháy lỏng hoàn toàn ta sẽ thu được nó ở dạng xỉ lỏng. Xỉ lỏng được gia công thành hạt cỡ 1 ÷ 25 mm trước khi đưa ra bãi chứa. Các hạt rắn này hoặc các hạt mới chỉ nóng chảy một phần do không được tiếp tục đốt nóng hoàn toàn sẽ sản sinh xỉ thải ra ở dạng rắn và cũng được đập nhỏ rồi chuyển ra bãi chứa; Xỉ dạng này gọi là xỉ bãi thải.

Để sử dụng hiệu quả xỉ, ta phải tiến hành phân loại và đánh giá chất lượng xỉ. Ví dụ phân loại theo nguồn gốc tạo thành có xỉ luyện kim, xỉ nhiệt điện... Riêng xỉ luyện kim lại có thể chia ra xỉ luyện kim đen - xỉ lò cao, xỉ luyện kim màu (xỉ luyện kẽm, xỉ luyện đồng, xỉ niken…); theo phương pháp thải xỉ có xỉ lỏng (có pha lỏng) và xỉ bãi thải (pha lỏng rất hạn chế); theo hàm lượng kiềm, theo mô-đun kiềm Mk , theo thành phần khoáng, theo thành phần pha… Như vậy, vật liệu xỉ có thể được sử dụng trong rất nhiều lĩnh vực khác nhau nhưng, để sử dụng cho xi măng hay bê tông thì phải cần được đánh giá và nghiên cứu rất kỹ và có tính khoa học.

Xỉ lò cao là một sản phẩm phụ của quá trình luyện quặng oxít sắt thành gang. Xỉ lò cao thường có hàm lượng oxít canxi lớn, CaO từ 40% ÷ 48%, SiO2 từ 35% ÷ 38%, Al2O3 từ 6% ÷ 18%, và tổng hàm lượng CaO + MgO thường đạt 40% ÷ 50% hay cao hơn nữa. Như vậy, có thể coi xỉ lò cao như là một loại vật liệu có tính kiềm cao, mô-đun kiềm Mk từ 0,9 ÷ 1,2 và mô-đun hoạt tính Ma từ 0,16 ÷ 0,53. Chúng được coi là có hoạt tính thuỷ lực cao, có khả năng tự đóng rắn như xi măng poóc lăng. Hoạt tính thuỷ lực này được tăng lên rõ nét khi xỉ lò cao được hoạt tính hoá bằng kiềm – sun phát. Những loại xỉ kiềm cao có mô-đun hoạt tính Ma càng lớn và càng nhiều hàm lượng pha thuỷ tinh (pha lỏng) thì thể hiện hoạt tính thuỷ lực càng mạnh. Đặc điểm quan trọng này là căn cứ chủ yếu định hướng cho việc sử dụng xỉ lò cao cho sản xuất xi măng xỉ lò cao.

Sản xuất xi măng là một lĩnh vực sử dụng nhiều xỉ lò cao nhất trong các ứng dụng hiệu quả của xỉ cho ngành vật liệu xây dựng: Liên Xô cũ, hằng năm, sử dụng tới trên 30 triệu tấn xỉ lò cao tạo hạt để sản xuất các loại xi măng. Còn ở Mỹ, theo số liệu thống kê năm 1975 thì sử dụng khoảng 23 triệu tấn xỉ lò cao…

Trong sản xuất xi măng xỉ lò cao thường sử dụng theo 2 hướng chính: Thứ nhất là đóng vai trò phụ gia khoáng hoạt tính đưa vào thành phần của xi măng lúc nghiền clinker; Thứ hai là đóng vai trò là cấu tử nguyên liệu ban đầu trong bài toán thành phần phối liệu nung để sản xuất clinker theo phương pháp khô.

Khi xi măng xỉ được dùng cho các kết cấu thoát nước thải, kết cấu vùng ven biển với yêu cầu độ bền hoá, thì xi măng xỉ tỏ ra có độ bền tuyệt vời chống lại sự ăn mòn hoá học. Hơn thế nữa, xi măng xỉ còn có hiệu quả ức chế sự phá huỷ bê tông do muối và do phản ứng kiềm cốt liệu.

Theo kết quả nghiên cứu, xỉ lò cao là loại phụ gia khoáng rất tốt, thân thiện với môi trường. Việc sử dụng hiệu quả nguồn nguyên liệu xỉ lò cao vào sản xuất xi măng ở Việt Nam là rất quan trọng, không những giảm chi phí sản xuất, tăng sức cạnh tranh của sản phẩm mà còn bảo vệ môi trường, tiết kiệm tài nguyên thiên nhiên, đảm bảo yêu cầu phát triển dài lâu cho ngành xi măng. Tuy vậy, để sử dụng hiệu quả và phổ biến xi măng xỉ lò cao cần phải được tiếp tục nghiên cứu hơn nữa để đảm bảo tính ổn định về chất lượng của xi măng xỉ lò cao cho ứng dụng của ngành xây dựng.

Quỳnh Trang (Theo TTKHKT Xi măng số 1 năm 2016)