Một trong những định hướng lớn để phát triển ngành công nghiệp hoá chất Việt Nam là nghiên cứu, ứng dụng các công nghệ để tái sử dụng các chất thải thành những nguyên liệu đầu vào quan trọng. Trong đó có công nghệ xử lý xỉ thải nguy hại phát sinh trong quá trình sản xuất phốt pho vàng, bởi trên thực tế, việc sản xuất phốt pho vàng đem lại không ít lợi ích cho nền kinh tế mỗi quốc gia, nhưng để có một môi trường sản xuất phốt pho vàng an toàn, bền vững là vấn đề lớn đối với một địa phương, mỗi một quốc gia. 

Do đó, nhóm nghiên cứu của Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội (HaUI) do TS. Phạm Thị Mai Hương đứng đầu đã thực hiện đề tài NCKH cấp quốc gia “Nghiên cứu xử lý xỉ thải từ sản xuất phốt pho vàng (Lào Cai) làm vật liệu không nung, kết cấu nền ứng dụng trong xây dựng, đường giao thông bằng chất kết dính vô cơ không sử dụng xi măng” để từng bước thay thế vật liệu xây dựng bằng đất sét nung truyền thống nhằm mục đích bảo vệ môi trường sống.

Khu vực lưu giữ xỉ thải tại khu Công nghiệp Tằng Loỏng, Lào Cai (Ảnh: HaUI)​

Mục tiêu chính của đề tài nhằm xây dựng được quy trình công nghệ sản xuất vật liệu không nung với nguyên liệu là xỉ thải từ quá trình sản xuất phốt pho vàng bằng chất kết dính vô cơ không xi măng.  Đồng thời, đề xuất được giải pháp xử lý xỉ thải nguy hại phát sinh trong quá trình sản xuất phốt pho vàng, có tính ổn định, lâu dài, đảm bảo không gây ô nhiễm môi trường thứ cấp.

Trong quá trình thực hiện, nhóm nghiên cứu đã thực hiện khảo sát đánh giá hiện trạng xỉ thải phốt pho của 06 nhà máy sản xuất phốt pho tại khu Công nghiệp Tằng Loỏng, Lào Cai, nhận thấy tổng lượng xỉ thải hằng năm của các nhà máy là 830400 tấn xỉ. Hiện trạng xử lý xỉ thải chủ yếu là chuyển sang các bãi xỉ tập trung trong hoặc ngoài nhà máy, chiếm diện tích mặt bằng, gây ảnh hưởng đến môi trường. Đồng thời, đánh giá chất lượng xỉ thải phục vụ nghiên cứu bằng các phương pháp phân tích Xray, phân tích công cụ, mẫu xỉ lựa chọn là mẫu xỉ tại Công ty cổ phần phốt pho vàng Lào Cai (nhà máy 1) với hàm lượng các oxit kim loại: SiO2 (38,58%), Al2O3 (3,31%), CaO (46,62%), P2O5 (1,4%), F (2,41%) và một số oxit khác.

Trên cơ sở các kết quả khảo sát được, TS Phạm Thị Mai và các cộng sự đã nghiên cứu chất kết dính vô cơ không sử dụng xi măng từ khoáng sét là cao lanh, bentonit, trường thạch phối trộn với vôi, xút. Kết quả cho thấy các chất kết dính chế tạo từ cao lanh và xút, vôi có cường độ chịu nén cao nhất, cường độ chịu nén lần lượt với mẫu đóng rắn cao lanh chiếm 20% xỉ, vôi hoặc xút chiếm 40% so với cao lanh và đưa ra quy trình chế tạo chất kết dính từ để đóng rắn xỉ thải: Cân định lượng 20,5 g NaOH hoặc 20,5 g Ca(OH)2 trộn khô với 52g cao lanh (5 phút) đóng bao, sử dụng để đóng rắn với 500g xỉ.

Bên cạnh đó, nhóm tác giả cũng đã nghiên cứu thành công các điều cố định các thành phần tồn dư trong xỉ thải như phốt pho (dạng phốt phát tan), flo, một số thành phần khác. Chất kết dính được lựa chọn là sử dụng cao lanh, vôi (mẫu CV204) đóng rắn với xỉ phốt pho: tỷ lệ cao lanh/xỉ là 20/100, vôi/cao lanh là 40/100. Vật liệu đảm bảo cả tiêu chí về chất lượng vật liệu không nung và cả yếu tố môi trường. Các kết quả phân tích nước mưa trung tính, nước mưa axit, nước mặn, nước ngọt, dung dịch axit acetic ở pH 4,93±0,05 sau khi ngâm gạch đều đạt ngưỡng an toàn theo QCVN 07:2009/BTNMT với chất thải nguy hại.

Khả năng tự đóng rắn của xỉ thải, nước, vôi hoặc xút cũng đã được các nhà nghiên cứu tính toán và xác định với các thông số: cường độ chịu nén khi đóng rắn với nước cao nhất chỉ đạt 4,73 Mpa, chưa đạt M5; đóng rắn với vôi thì cường độ chịu nén đạt xấp xỉ M5; với xút thì cường độ chịu nén đạt M5 nhưng theo kết quả thử nghiệm thì khả năng thôi nhiễm các mẫu chứa xút không đảm bảo.

Ngoài ra, nhóm nghiên cứu cũng đã xây dựng được quy trình sản xuất sản phẩm gạch không nung đảm bảo không gây ô nhiễm môi trường thứ cấp trong PTN: quy mô 15 viên/mẻ, kích thước gạch 200x95x60: Cân định lượng hỗn hợp gồm: 26,63 g xỉ thải phốt pho (đã nghiền đến kích thước 2,36mm); 5,54 kg cao lanh, 2,34 kg vôi Ca(OH)2 trộn khô 5 phút, thêm 3,11 kg (lít) nước sạch trộn ướt 10 phút; cân 2,48 kg phối liệu đưa vào máy ép viên (lực ép 20 tấn, thời gian ép 25 giây), lưu dưỡng khô 28 ngày.

Sau khi sản xuất thử nghiệm 1400 viên gạch kết quả cho thấy chất lượng gạch bê tông đều đạt tiêu chuẩn theo TCVN 6477:2016: kích thước trung bình 200,3x 95x60,6mm, cường độ chịu nén đạt 13,20 Mpa, độ thấm nước 2,6L/m² .h, độ hút nước 9,6%; 100m² lớp lót nền đường đạt tiêu chuẩn chất lượng tương đương lớp móng cấp phối đá dăm gia cố xi măng theo TCVN 8858:2011, đạt lớp lót nền đường cấp III, IV đường giao thông nông thôn với cường độ ép nén 3,47 và cường độ ép chẻ 0,4 Mpa.

“Chi phí cho một viên gạch từ xỉ photpho là 801,3 đồng/viên, trong khi đó gạch bê tông từ mạt đá và xi măng hiện nay là khoảng hơn 900 đồng/viên. Chi phí cho bê tông mác 100 là hơn 88 nghìn đồng và mác 200 là hơn 126 nghìn đồng, cũng rẻ hơn nhiều so với bê tông sử dụng xi măng cùng chất lượng”, chủ nhiệm đề  tài TS Phạm Thị Mai cho biết.

Hơn nữa, nếu công nghệ sản xuất vật liệu không nung từ xỉ thải photpho của nhóm nghiên cứu được ứng dụng rộng rãi trong thực tiễn còn giúp giải quyết lượng xỉ thải khổng lồ đã và đang được các nhà máy sản xuất photpho thải ra. Cụ thể, một viên gạch hoặc lớp lót đường mà nhóm tạo ra có tỉ lệ xỉ photpho chiếm đến 80% khối lượng. Như vậy, nếu sản xuất khoảng một triệu viên gạch sẽ tiêu thụ đến hơn 1880 tấn xỉ, và nếu làm lớp lót đường giao thông dày 0,4 – 0,5m sẽ tiêu thụ hết từ 5600 đến 7060 tấn xỉ cho mỗi km đường rộng 8,0m.

Có thể nói, thành công của đề tài không chỉ giải quyết, tận dụng được nguồn xỉ thải khổng lồ trong quá trình sản xuất phốt pho vàng, đem lại hiệu quả kinh tế cao mà còn đóng góp lớn trong việc bảo vệ môi trường, đảm bảo phát triển nền công nghiệp xanh, bền vững.