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 SiO2, 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 m3 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/m3
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 (Fe2O3) 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/cm3, chưa sử dụng ρ = 3,60 g/cm3.
- Khối lượng thể tích xốp lớn: ρν = 2,026 g/cm3.
- 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: M1 = 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 HNO3 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
SiO2 (%)
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 Rn, chịu kéo khi uốn Rku, cường độ chịu kéo dọc trục
Rk 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 Rn 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 Rku và cường độ
chịu kéo dọc trục Rk 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/cm2) R14 (daN/cm2) R21
(daN/cm2) R28 (daN/cm2) R60 (daN/cm2)
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/c m2)
R28
(daN/c m2)
R60
(daN/cm2)
Nix200-
Nix300-
Nix400-
Nix250-
Cat200
Cat250
Cat300
Cat400
Hình 2. Biểu đồ tăng trưởng cường độ của mẫu BTXM thử nghiệm