T U Y N V À C H B I N K H O Á N G S N
10 SỐ 4 - 2024
CÔNG NGHIỆP MỎ
Website: http://tapchi.hoimovietnam.vn
V
V
T
T
I
I
M
M
N
N
Ă
Ă
N
N
G
G
S
S
D
D
N
N
G
G
Q
Q
U
U
N
N
G
G
Đ
Đ
U
U
Ô
Ô
I
I
T
T
H
H
I
I
C
C
A
A
N
N
H
H
À
À
M
M
Á
Á
Y
Y
T
T
U
U
Y
Y
N
N
K
K
H
H
O
O
Á
Á
N
N
G
G
L
L
À
À
M
M
V
V
T
T
L
L
I
I
U
U
X
X
Â
Â
Y
Y
D
D
N
N
G
G
Phm Đc Phong*, Trn Th Hiến
Vin Khoa hc và Công ngh M - Luyn kim, 79 An Trch, Hà Ni, Vit Nam
THÔNG TIN BÀI BÁO
CHUYÊN MC: Công trình khoa hc
Ngày nhn bài: 02/8/2023
Ngày nhn bài sa: 18/9/2023
Ny chp nhn đăng: 20/9/2024
*
c gi liên h:
Email:
phong@vimluki.vn
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
TÓM TT
Ngành công nghip khai khoáng đang phát trin nhanh chóng, đây cũng là ngành to ra lưng
cht thi ln nht. Hu hết các cht thi này đưc lưu tr trong các h hoc đp cha dn đến chiếm
dng din tích tài nguyên đt ln và nhng thách thc v i trưng. Vic x lý, tái s dng, tái chế
các cht thi, phế thi công nghip nhm gim thiu ô nhim môi tng đang là vn đ đưc quan
tâm. Mt s c đã nghiên cu, s dng cht thi (qung đuôi thi) trong quá trình khai thác chế
biến khoáng sn làm vt liu xây dng (VLXD). Vic này mang li hiu qu kép, không nhng bù
đắp cho s thiếu ht ngun nguyên liu làm VLXD mà còn gii quyết vn đ qun lý cht thi, bo
v môi trưng và gim ri ro v an toàn cho các đp, bãi cha qung đuôi thi.
Hin nay, nhu cu s dng nguyên liu, nhiên liu cho sn xut VLXD c ta rt ln và ngày
càng tăng theo s phát trin ca ngành VLXD. Vic tăng cưng s dng các cht thi, phế thi công
nghip làm nguyên liu thay thế trong sn xut VLXD s có ý nghĩa rt ln v tiết kim tài nguyên
khoáng sn không tái to bo v cnh quan, môi trưng... Tuy nhiên vic s dng qung đuôi
thi t khai thác, chế biến khoáng sn làm nguyên liu cho ngành VLXD chưa tương xng vi tim
năng, đc bit đi vi qung đuôi thi ti các nhà máy tuyn khoáng đang còn rt hn chế
khai. Ni dung bài báo gii thiu v tình hình nghiên cu, s dng qung đuôi thi trên thế gii và
Vit Nam làm VLXD, t đó đưa ra các đnh hưng, gii pháp nhm tăng cưng s dng qung đuôi
thi ti các nhà máy tuyn khoáng.
T khóa: qung đuôi thi, tái chế cht thi rn, vt liu xây dng.
@ Hi Khoa hc và ng ngh M Vit Nam
1. ĐT VN Đ
Là mt nưc đang phát trin, Vit Nam cn
da vào ngun tài nguyên khoáng sn đ phát
trin đt c. Tuy nhiên, tài nguyên khoáng
sn là hu hn và không tái to, khai thác
khoáng sn luôn song hành cùng các tác đng
tiêu cc ti môi trưng, do đó, đ phát trin bn
vng, ngành công nghip khai thác, chế biến
khoáng sn ca Vit Nam không th nm ngoài
xu ng chung ca thế gii, đó khai thác,
chế biến khoáng sn phù hp vi nhu cu phát
trin đt nưc, s dng tiết kim, tái s dng, tái
chế ti đa các sn phm thi thành nguyên liu
cho các lĩnh vc s dng khác.
T U Y N V À C H B I N K H O Á N G S N
11
SỐ 4 - 2024
CÔNG NGHIỆP MỎ
Website: http://tapchi.hoimovietnam.vn
Xu ng tái s dng các sn phm và tái
chế nguyên liu nói chung và nguyên liu có
ngun gc khoáng sn nói riêng đang ngày càng
đưc quan tâm hu hết các nưc, đc bit
các nước phát trin. Nguyên nhân là do s suy
gim v ngun nguyên liu, nhiu loi nguyên
liu khoáng đang dn cn kit, gây thiếu ht
nguyên liu cho các ngành công nghip nếu
không tìm ra các ngun mi hoc các nguyên
liu thay thế. Chính vì vy, vic s dng qung
đuôi thi làm vt liu y dng là vn đ cn
quan tâm.
2. D LIU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CU
2.1. Tình hình chung
Mt trong các ngun nguyên liu cn nghiên
cu tái chế, tái s dng khoáng sn đó t cht
thi rn. Theo thng kê ca Hi Quy hoch phát
trin đô th Vit Nam, t l tái chế cht thi rn
Vit Nam mi chiếm khong 10% lưng thu
gom. Cht thi rn gm cht thi t hot đng
dân sinh và t các ngành sn xut công nghip,
trong đó có ngành công nghip khai khoáng.
Cho đến nay, cht thi rn công nghip và cht
thi rn phát sinh t ngành công nghip khai
khoáng cũng chưa đưc thng kê đy đ [1].
Ngành công nghip khai thác, chế biến
khoáng sn là ngành to ra nhiu cht thi rn,
bao gm t ba ngun chính: khai thác m, chế
biến khoáng sn (tuyn khoáng) và luyn kim.
Đối vi cht thi t quá trình khai thác và luyn
kim đã đưc ng dng làm nguyên liu cho
ngành VLXD, c th:
Đá thi trong quá trình khai thác than có th
s dng làm nguyên liu thay thế đất sét trong sn
xut clinker, xi măng portland, gch nung, vt liu
san lp.... nhiu c trên thế gii, tro x than t
các nhà máy nhit đin đưc s dng hiu qu
trong nhiu lĩnh vc, đc bit trong ngành VLXD.
Ti Pháp, 99% tro x than đưc tái s dng, ti
Nht Bn con s này là 80% và Trung Quc là
67%. Tro bay có th s dng: thay mt phn đt
sét trong phi liu nung clinker, gch đt sét nung;
làm ph gia khoáng cho xi măng, vay dng,
bê tông; trong sn xut vt liu xây không nung;
vt liu san lp...X thép có th s dng làm ct
liu cho bê tông, vt liu nn đưng giao thông,
vt liu san lp...X lò cao đưc s dng trong sn
xut VLXD t năm 1895 Đc, ngày nay đưc
s dng ph biến trên thế gii.
Hình 1. Tng hp các ngun cht thi có th s dng làm nguyên liu sn xut xi măng.
Vi đặc điểm tài nguyên khoáng sn còn li
ngày càng nghèo, khai thác, tuyn qung hàng
năm thi ra ngày càng ln. Đi vi các nhà máy
tuyn qung kim loi màu, khi ng qung
T U Y N V À C H B I N K H O Á N G S N
12 SỐ 4 - 2024
CÔNG NGHIỆP MỎ
Website: http://tapchi.hoimovietnam.vn
đuôi thi có th ti 90 - 95% so vi nguyên liu
cp, c th, ch riêng nhà máy tuyn qung đng
Sin Quyn mi năm thi ra khong 1 triu tn
qung đuôi thi so vi công sut 1,1 triu tn ca
nhà máy.
Thành phn khoáng vt ca qung đuôi thi
ti mt s nhà máy tuyn khoáng tương đng
vi thành phn nguyên liu làm VLXD, tuy nhiên
vic s dng vào thc tin sn xut đang còn
hn chế, phn ln mi ch dng quy mô
nghiên cu phòng thí nghim. Sau đây là các kết
qu đánh giá v tim năng s dng qung đuôi
thi ti các nhà máy tuyn khoáng làm vt VLXD
trên thế gii Vit Nam.
2. 2. Tim năng sử dụng quặng đuôi thải tại
các nmáy tuyển khoáng làm vật liệu xây
dựng trên thế giới
Tng hp các công trình đưc nghiên cu
s dng cht thi gn 40 quc gia như Trung
Quc, n Đ, Hoa K, Tây Ban Nha, Nht Bn,
Úc, Vương quc Anh, Nga, Canada... nhiu
quc gia trong s này đã to ra mt lưng ln
cht thi rn, nhưng song song đó, các quc gia
đã chú trng và phát trin vic tái chế cht thi,
vi mục đích giảm tác đng môi tng.
Mc dù nhu cu nguyên liu t ngành xây
dng cao (khong 1,5 t tn), vic s dng
qung đuôi thi làm VLXD chưa đt 1% v khi
ng. Nguyên nhân do giá tr ca VLXD tương
đối thp so vi các sn phm khác và giá thành
vn chuyn nguyên liu t i cha qung đuôi
thi đến các nhà máy sn xut VLXD cao. Trong
khi đó, mt s loi qung đuôi thi phi qua khâu
tin x lý trước khi s dng làm nguyên liu
VLXD như sàng phân cp đ ht, tuyn ni,
tuyn t để tách các kim loi nng.
Qung đuôi thi t các nhà máy tuyn
khoáng đưc pn loi theo các phương pháp
tuyn như: qung đuôi thi tuyn trng lc,
qung đuôi thi tuyn ni, qung đuôi thi tuyn
t trong ngành ng nghip khai khoáng. Tuy
nhiên, thành phn hóa hc trong qung đuôi thi
rt khác nhau tùy theo nguyên liu, công ngh
tuyn. Thành phn khoáng vt ch yếu trong
qung đuôi thi ti các nhà máy tuyn khoáng là
silicat, cacbonat, fenspat.... thành phn hóa
hc chính gmSiO2, Al2O3, CaO, Fe2O3...
tương t như thành phn nguyên liu ca mt
s ngành sn xut VLXD.
Trên thc tế, bê tông, xi măng Portland là
mt trong nhng VLXD quan trng nht trên thế
gii. Vi sn lưng xi măng hin nay đt trên 4,1
t tn, theo tính toán, khong hơn 10 t m3
tông đưc sn xut ra. Ct liu thô chiếm 60% -
80% khi ng bê ng và đóng vai trò quyết
định đến đcnh ca bê tông. Nhu cu v ct
liu cho ngành bê tông không ngng gia tăng
khiến ngun tài ngun khoáng sn làm nguyên
liu sn xut ngày càng cn kit. Gii pháp s
dng qung đuôi thi làm nguyên liu sn xut
xi măng và bê tông thay thế cho nguyên liu hin
nay không ch gim din tích ti các bãi, đập
cha mà còn góp phn phát trin bn vng ca
ngành VLXD [4].
Kết qu nghiên cu, s dng qung đuôi thi
nguyên liu sn xut xi măng và bê tông hin
vn còn giai đon khai, tuy nhiên, các công
trình nghiên cu đu khng đnh, khi thay thế
mt phn ct liu bê tông bng qung đuôi thi
thì cường đ chu nén ca bê tông ng lên, vi
t l khi ng qung đuôi thi đưc khuyến
ngh s dng thay thế không quá 30%. Kết qu
nghiên cu cũng đánh giá, hàmng
SiO2 trong qung đuôi thi thp cũng có th làm
nguyên liu sn xut clinker [5].
Ct liu đưc s dng rng rãi nht đ sn
xut bê tông là cát t nhiên đưc khai thác t
lòng sông. Tuy nhiên, s sn có ca cát sông
làm VLXD đã tr n khan hiếm do khai thác
không kim soát. Kết quả nghiên cu về sử
quặng đuôi thải chế biến quặng cao lanh đthay
thế cát sông trong sản xuất bê tông, đánh giá v
đặc tính vật liệu cho thấy qung đuôi thải cao
lanh hàm lượng thạch anh cao và c đặc
tính vật lý tương đương với ct liệu thông
thường. Kết quả thử nghiệm đánh giá việc sử
dụng quặng đuôi thải cao lanh làm giảm khả
T U Y N V À C H B I N K H O Á N G S N
13
SỐ 4 - 2024
CÔNG NGHIỆP MỎ
Website: http://tapchi.hoimovietnam.vn
năng thi công ca vữa tạo thành, do qung đuôi
thải cao lanh có độ hút nước cao. Tuy nhiên, s
có mặt của nguyên liệu trong quặng đuôi thải cao
lanh đã làm gim s giãn ndo phản ứng axit
silicic kiềm gây ra, cũng như cải thiện cường độ
uốn cường độ nén của vữa tạo thành. Kết
quthử nghiệm bê tông khi sdụng 60% khối
ợng quặng đuôi thải cao lanh thay thế nguyên
liệu thông thường kết quả vưt tri so vi
mẫu đối chứng về cưng độ nén và đbền kéo,
đồng thời giảm sự xâm nhập của ion clorua vào
ng [6].
Qung thi t nhà máy tuyn qung đng đã
đưc s dng thành công đ thay thế đá granit
s dng trong sn xut bê tôngsn xut gch
không nung. Kết qu th nghim trên mu
qung đuôi thi đng khi thay thế xi măng
Portland vi t l 20% đưc đánh giá có đ nén
và độ bn tt [4].
Mu nghiên cu qung đuôi thi st có kích
thưc ht mn, hàmng silica cao và hàm
ng các tp cht khác thp, khi s dng làm
va xây dng, có th s dng ti 85% khi
ng thay thế và đt kết qu tt. ng đ n
ca bê tông s dng qung đuôi thi st ci thin
ti 11,56% so vi bê tông s dng ct liu thông
thưng. Tuy nhiên, mt s đặc điểm không đt
tiêu chun như thành phn kim loi nng, thành
phn đ ht và các phn ng hóa hc có th to
ra axit không mong mun khi s dng qung
đuôi thi st làm nguyên liu thay thế sn xut
bê tông.
Kết qu nghiên cu qung đuôi thi đưc to
ra trong quá trình chế biến qung vonfram và
molypden ti nhà máy chế biến Tyrnyauz (Liên
Bang Nga), vi khing qung đuôi thi tích
lũy 196 triu tn, có cha các thành phn
khoáng vt chính như thch anh, canxit,
pyroxen, granat, plagiocla, fluorit, amiang
amphibol, talc, biotit. Sau khi tuyn tách các kim
loi nng trong qung đuôi thi bng phương
pháp tuyn ni (tn ti ch yếu trong khoáng vt
sunfua, qung đuôi sau tuyn ni có thành phn
bao gm thch anh (66,5%), cacbonat (7,31%),
fenspat (15,0%), sericit (8,0%), mica (0,42%),
hydroxit st (0,39%), amphibol (0,78%) tương t
như thành phn clinker đưc s dng trong sn
xut xi măng Portland [7].
Quặng đuôi thải từ quá trình tuyển quặng chì,
km thưng chứa hàm lượng các kim loại nặng
cao, thành phần hóa học chính gồm có SiO2,
Al2O3 và Fe2O3, có thể thay thế một phần hoặc
toàn bnguyên liệu đất sét, sắt và nhôm trong
nguyên liệu xi măng truyền thống. Trong những
năm gần đây, nhiều công trình khoa hc đã thực
hiện các nghiên cu về việc sử dụng chất thải
chì kẽm làm nguyên liệu thô để sản xuất VLXD
đã đạt được kết quđáng kể trong các nh
vực xi măng, geopolymer, bê tông, gch xây
dựng và gốm xốp [8]. Một số nghiên cứu đã s
dụng quặng đuôi thải mỏ chì, km vi hàm lưng
kim loại nặng khác nhau vào clinker/xi măng và
nghiên cứu tác động của các kim loại nặng đối
với các mẫu sản phẩm. Kết quả nghiên cứu cho
thy, bê tông có độ bền cơ học cao nhất (24,34
MPa) đạt đưc sau 28 ngày. Ngoài ra, các kim
loại nặng đã được n định trong bê tông và
không gây nguy hiểm cho môi trưng hoặc ảnh
ởng đến sức khỏe con người [4].
Đánh giá chung về việc sử dụng quặng đuôi
thải tại các nhà máy tuyển khoáng làm VLXD
trên thế giới là rất tiềm năng. Từ các công
trình nghiên cu sử dụng quặng đuôi thải thay
thế hoặc một phần thay thế nguyên liu sẵn
đang sdụng làm VLXD trong các lĩnh vực sản
xuất xi măng, bê tông, gạch xây dựng... đã cho
kết quả tốt, đáp ứng yêu cầu cơ bản về đặc tính
của VLXD cho từng nh vực sử dụng. Tuy nhiên,
vẫn còn nhiều vấn đề cần được quan tâm như
đổn định của thành phần hóa học trong quặng
đuôi thải tại các nhà máy tuyển khoáng tcác
nguồn nguyên liu khác nhau nên khó kiểm soát
sổn định của sản phẩm trong cùng một quy
trình sản xuất. Ngoài ra, một số lĩnh vực sản xuất
VLXD yêu cầu về kiểm soát thành phần các kim
loại nặng, thành phần độ hạt và một số tạp chất
có hại trong quặng đuôi thải ảnh hưởng đến chất
ợng sản phẩm. Để kiểm soát đưc các vấn đ
T U Y N V À C H B I N K H O Á N G S N
14 SỐ 4 - 2024
CÔNG NGHIỆP MỎ
Website: http://tapchi.hoimovietnam.vn
trên thì cầnc khâu tiền xử lý, phối trộn
nguyên liệu đầu vào sẽ làm tăng chi phí sản
xuất, do đó, các doanh nghiệp sản xuất VLXD
luôn n nhắc lựa chọn giữa nguyên liệu sẵn có
và nguyên liệu thay thế có tính đến hiệu qu
kinh tế.
2.3. Tiềm năng sử dụng quặng đuôi thải tại
một số nhà máy tuyển khoáng làm vật liệu
xây dựng ở Việt Nam
Nhu cầu sử dụng nguyên liệu, nhiên liệu cho
sản xuất VLXD nước ta rất lớn, theo “Chiến
ợc phát triển vật liệu xây dựng Việt Nam thời
k2021 - 2030, đnh hưng 2050”, dự báo nhu
cầu trong nưc và xuất khẩu các loại VLXD trình
bày tại Bảng 1.
Bảng 1. Dự báo nhu cầu trong nước và xuất khẩu các loại vật liệu xây dựng [3]
TT Chng loi Đơn v
D báo nhu cu
m 2025 m 2030
Trong
c Xut khu Trong
c Xut khu
1 Xing Triu tn 85-95 25-35 100-110 25-35
2 Gch gm p lát Triu m² 520-530 120-130 540-550 130-140
3 Đá p lát Triu m² 23-25 4-5 29-32 6-7
4 S v sinh Triu sn
phm 20-25 6-7 30-35 7-8
5 Kính xây dng Triu m² 200-230 10-20 200-230 10-20
6 Vôi công nghip Triu tn 6-7 1 7-8 1
7 Gch đt sét nung T viên 22 -25 0 22-25 0
8 Vt liu không nung T viên 11-15 0,2-0,5 16-20 0,5-0,8
9 Vt liu lp Triu m² 750-800 35-40 850-900 40-50
10 Cát xây dng Triu m3 170-190 0 200-220 0
11 Đá xây dng Triu m3 240-254 0 277-297 0
12 Bê tông Triu m3 200-220 0 250-270 0
Tài nguyên khoáng sn là hu hn và không
tái to, khai thác khoáng sn luôn song hành
cùng các tác động tiêu cc ti môi trưng, do
đó, ngoài vic s dng ngun nguyên liu khai
thác t các m khoáng sn cn có gii pháp tái
s dng, tái chế ti đa cht thi thành nguyên
liu s dng trong ngành VLXD. Tim năng s
dngc cht thi, phế thi công ngh làm
nguyên liu, nhiên liu thay thế cho sn xut
VLXD c ta khá ln, rt đa dng. Vic tăng
cường s dng các cht thi, phế thi công
nghip làm nguyên liu thay thế trong sn xut
VLXD s ý nghĩa rt ln v tiết kimi
nguyên khoáng sn không tái to và bo v cnh
quan, môi trưng...
Hin nay, mt s s sn xut VLXD
c ta đã nghiên cu, đu tư công ngh đ
th s dng tro, x, thch cao thay thế nguyên
liu trong sn xut VLXD không nung, sn xut
xi măng, bê tông, m vt liu san lp trong các
công trình xây dng. C th: Tro bay đã đưc
dùng làm ph gia khoáng cho bê tông khi ln
ti mt s nhà máy thy đin (Sơn La, Lai Châu,
Bn Chát…) và làm ph gia ti mt s nhà máy
xi măng (Hoàng Thch vi t l trn 14%, Sông
Gianh vi t l trn lên đến 18%). Trong xây