Lạm bàn về sáng chế sử dụng bùn đỏ.[27/02/17]

Lạm bàn về sáng chế sử dụng bùn đỏ

 

Tô Văn Trường

Đó chỉ là một giải pháp công nghệ, không có hiệu quả kinh tế, không thể đưa vào thực tiễn ứng dụng vì kinh phí quá đắt đỏ, giá thành sản phẩm quá cao.

Bằng độc quyền sáng chế số 14156 đã được cấp ngày 3/6/2015 của Cục Sở hữu trí tuệ Bộ Khoa học Công nghệ về “quy trình sản xuất tinh quặng và sắt xốp từ bùn đỏ” cho Viện Hóa học thuộc Viện hàn lâm khoa học công nghệ Việt Nam. Tác giả: Vũ Đức Lợi, Nguyễn Văn Tuyên, Châu Văn Minh, Nguyễn Văn Tuấn, Dương Tuấn Hưng, Nguyễn Văn Lạng

Đây cũng là kết quả của sản phẩm: ”Nghiên cứu công nghệ sản xuất thép và vật liệu xây dựng không nung từ nguồn thải bùn đỏ trong quy trình sản xuất aluminum ở Tây Nguyên” thuộc chương trình Tây Nguyên 3, do TS Vũ Đức Lợi làm chủ nhiệm đã được Hội đồng nghiệm thu cấp nhà nước do giáo sư viện sĩ Nguyễn Văn Hiệu làm chủ nhiệm Hội đồng đánh giá xếp loại xuất sắc. Đặc biệt, kết quả nghiên cứu nói trên còn được giải thưởng Trần Đại Nghĩa.

Nhìn ra thế giới

Nhiều nước trên thế giới đã bỏ công sức nghiên cứu hàng chục năm về công nghệ sử dụng bùn đỏ. Giải pháp xử lý bùn đỏ bằng luyện ra thép xốp chỉ là ý tưởng khoa học vì "nếu muốn, con người có thể làm được tất cả như lấy vàng từ nước biển hoặc vàng từ phân người". Còn giá thành thì không bao giờ có thể thực hiện được theo ý mong muốn của con người.

Theo báo cáo của Rio Tinto thì việc tìm cách xử lý bùn đỏ hiện vẫn là đề tài nghiên cứu nóng bỏng vì trên thế giới hiện có tới ba tỷ tấn bùn đỏ cần được xử lý. Do đó, mà đã có 1200 cách làm được cấp bằng sáng chế nhưng không có cái "sáng chế” nào khả thi về mặt kinh tế nên Rio Tinto đã không mua bản quyền nào để sử dụng.

Thành qủa nghiên cứu xử dụng bùn đỏ của TS Vũ Đức Lợi

TS Lợi và nhóm cộng sự các nhà khoa học mô tả các công đoạn của Quy trình gồm: 5 công đoạn cho sản xuất quặng sắt và 8 công đoạn cho sản xuất sắt xốp.

Đề tài này chỉ mô tả rất sơ sài về công đoạn đầu, nơi sẽ tiêu tốn rất niều năng lượng: Đó là công đoạn đầu tiên là "Loại bỏ dịch xút bám theo bùn đỏ để thu hồi bùn đỏ khô". Theo đề tài mô tả tại bảng 1 và trang 12: Trong bảng 1, không nói rõ hàm lượng xút (%) có trong bùn đỏ ướt là bao nhiêu và loai bỏ như thế nào, năng lượng và các chất tham gia (nếu có) để loại bỏ hoàn toàn xút và tạp chất trong bùn ướt.

Tôi chia sẻ, tán thành ý kiến của TS Nguyễn Thành Sơn:”Việc “dùng khí dư của lò cao với hàm lượng CO khoảng 21% trộn với bùn đỏ” cho thấy hoàn toàn không khả thi về kinh tế vì: (i) hoặc là phải xây dựng một lò cao cạnh các hồ bùn đỏ trên Tây Nguyên; (ii) hoặc là phải vận chuyển hàng triệu tấn bùn đỏ từ Tây Nguyên về nơi nào đó có lò cao đang hoạt động để “dùng khí dư”.

Việc xây dựng lò cao với qui mô công suất đảm bảo hiệu quả kinh tế trên Tây Nguyên chắc chắn sẽ đắt hơn cả dự án alumina. Còn việc vận chuyển hàng triệu tấn bùn đỏ có chứa quặng sắt “nghèo” từ Tây Nguyên về nơi nào đó có sẵn lò cao đang hoạt động, chắc chắn sẽ đắt hơn việc nhập khẩu quặng sắt “giầu” đang dư thừa trên thị trường thế giới và trong khu vực. Khi lò cao hoạt động, phối liệu (quặng sắt + Cao /MgO + coke) được nạp từ trên xuống, gặp luồng nhiên liệu khí cháy đi từ dưới lên. Ở phía trên của lò (có ít ô xy) khi luồng phối liệu và nhiên liệu khí cháy gặp nhau sẽ xẩy ra phản ứng của coke (C) với ô xy (O2) tạo ra khí CO (theo phương trình 2C+O2=2CO). Sau đó, ở phía dưới của lò, khí CO sẽ khử ô xy trong ô xít sắt (III) để tạo ra gang (theo phương trình 3CO+Fe2O3=2Fe+3CO2). Vì vậy, thành phần CO là thông số thiết kế cơ bản của mọi lò cao. Không có lò cao nào lại thiết kế với “khí dư” CO lên tới 21% để TS. Vũ Đức Lợi “nghiên cứu đột phá” sử dụng chúng cho hoàn nguyên “từ dạng sắt không từ tính chuyển sang dạng sắt từ”. Ngoài ra, cái gọi là “khí dư của lò cao với hàm lượng CO khoảng 21%” của TS. Vũ Đức Lợi là loại khí cực độc, có thể làm chết người ở hàm lượng trên 1%CO trong vòng vài phút. Vì vậy, loại khí này không thể có “dư”, và sau đó, càng không thể đưa ra khỏi lò cao để trộn với bùn đỏ được.”

Ngoài ra, theo tôi hiểu, đề tài thuyết minh về quy trình công nghệ thì chỉ nói "Bùn đỏ có tỷ lệ lỏng/rắn là 60:40 được loại bỏ xút và dịch bám theo bằng cách lọc ép áp suất cao thu được bùn đỏ khô". Như vậy, với câu mô tả này không thể thuyết phục các nhà sản xuất công nghiệp.

Bùn đỏ lỏng tỷ lệ 60:40 tức là 60% độ ẩm, chứ không phải là 20% độ ẩm như nêu ở trên, đã tách ra với năng lượng và thời gian tiêu tốn là bao nhiêu? Thành phẩn xút và tạp chất là bao nhiêu?. Bằng phương pháp "Ép áp suất cao" có thể tách xut khỏi chất rắn?

Công nghệ ép như thế nào, sử dụng năng lượng cơ học thuần túy (Lực ép) hay sử dụng cả nhiệt năng??? Dùng biện pháp Ép cơ học thuần túy trong việc tách nước khỏi chất rắn (ngay ở trong công nghệ giấy đã sử dụng công nghệ Ép Shoe Press và tối đa chỉ đạt 50% độ khô) để đạt trên 90% độ khô, cần phải dùng nhiệt để sấy.

Trong công nghệ tách Dịch đen của ngành bột giấy tỷ lệ chất rắn trong dịch phải nâng lên đế 65:35 Rắn: Lỏng nhờ một công đoạn chưng bốc rất tốn kém và phải đốt trong recovery boiler (nồi hơi thu hồi) mới thu hồi kiềm được.

Ở đây, chỉ Ép thôi mà tách được xút, tạp chất và thu hồi Bùn đỏ khô? Dù bùn đỏ khô gió 90% đi nữa thì đúng là một câu hỏi lớn cho các nhà sản xuất quặng công nghiệp.

Rõ ràng, về mặt khoa học trong phòng thí nghiệm thì đề tài có thể được chấp nhận. Nhưng khả năng áp dụng nó trong thực tế, tôi chẳng tìm thấy chứng cứ nào để thuyết phục.

Riêng việc muốn khử Fe2O3 về Fe3O4 bằng CO để tuyển từ thu lấy oxit sắt cũng đã rất khó khăn rồi (phụ thuộc vào nhiệt độ, bùn phải khô và sạch kiềm...). Thực ra, nếu có bùn đỏ sạch đạt hàm lượng sắt oxit (rửa bằng kiềm cho hết nhôm và một phần silic) rồi mới thiêu khử Fe2O3 và FeOOH về Fe3O4 và tuyển từ thì có thể được. Nhưng việc rửa bùn đỏ sạch hợp chất kiềm, silic và nhôm thì là công việc tốn kém và rất mệt mỏi, do bùn đỏ rất mịn, khó tách lọc. Cái khó và bất khả thi có lẽ là nằm ở khâu này, ngoài ra là chuyện rất tốn kém về vận chuyển.

Theo tôi tìm hiểu các nguồn thông tin tư liệu được biết bùn đỏ được ép lọc khô, dung dịch (gồm có caustic soda và aluminate) được chuyển trở lại nhà máy alumina. Bùn đỏ và than được luyện (trước đây bằng lò kiln, nay trong thùng kín) ở nhiệt độ cao chưa tới nhiệt độ nóng chảy của sắt (1538 độ C), từ 1000 đến 1300 độ C. Ở mức này, sắt sẽ chảy mềm và dính vào sau thành các cục, pellets. Qúa trình như sau:

Fe2O3+ 3C →2Fe + 3CO↑

Fe3O4+ 4C →3Fe + 4CO↑

FeO + C →Fe + CO↑

Ở nhiệt độ cao: Sắt của bùn đỏ nóng chảy do nhiệt độ cao, chảy xuống phía đáy và được tách ra ngoài.

Quá trình này kèm theo rất nhiều xỉ vì bùn đỏ chứa ít sắt hơn các quặng sắt thông thường như hematite và magnetite.

Hoặc ở nhiệt độ thấp hơn:

Sau khi lọc ép, bùn đỏ khô được nghiền và trộn với các phụ gia để vê viên và đưa vào lò hoàn nguyên bằng khí đốt ở nhiệt độ gần 1000 độ C. Tỷ lệ Fe2O3/FeO được duy trì trong một khoảng xác định để Fe2O3 chỉ bị khử thành magnetite (Fe3O4).

Sau đó bùn đỏ đã được hoàn nguyên được nghiền và tách bằng từ tính để thu magnetite powder cho sản xuất GANG hoặc SẮT XỐP.

Đây là quá trình HỎA LUYỆN khô và kín, không phải Thủy luyện mà có thể có thành phần OH trong phản ứng.

TS Lợi nói là sử dụng năng lượng dư thừa từ các nhà máy như luyện thép, lò cao hay năng lượng dư thừa từ ống khói, cứ cho là khả thi nhưng năng lượng này không đáng là bao so với cả hàng triệu tấn bùn đỏ, rồi các nguồn năng lượng dư thừa phân bổ ở khắp nơi không thể vận chuyển vài nghìn tấn bùn đỏ đến đấy, rồi còn thiết bị ‘di động ?” hoàn nguyên sắt?

Khí dư 21% sau khi đã qua quá trình hấp thụ để oxy hóa sắt 2, liệu có còn 21% hay không? Nếu cho rằng có đủ 21% CO đủ, thì bao nhiêu phần trăm của 21% khí dư CO (bao gồm cả tạp khí) sẽ được hấp thụ bởi Bùn đỏ?! Sấy khô bùn đỏ hay mang cả nước đi xa để mà "trộn với khí CO?"! Nếu sấy khô thì nhiệt năng để sấy bùn (có lẽ chỉ đạt nồng độ 20% rắn là tối đa) tính ra nữa thì giá thành ra sao nhỉ? Bài toán "kinh tế” trở thành “kinh thế”!

Nên nhớ rằng đã áp dụng công nghệ hoàn nguyên thì không cần khử kiềm nữa, vì mục đích áp dụng công nghệ hoàn nguyên là lấy sắt và loại bỏ kiềm.

Tôi cũng nghe nói ở VN còn dùng bùn đỏ làm gạch không nung. Cũng không là mới. Nhưng kiềm vẫn còn nằm trong bùn làm gạch và cái sợ nữa là có phóng xạ. Đúng là điếc không sợ súng!

Ngoài ra, VN cũng rùm beng có hàng tỷ quặng sắt ở Tây Nguyên. Đó là iron laterite - một loại đất và đá có chứa nhiều nhôm và sắt, có mầu đỏ vì đó là mầu ô xít sắt, cũng có thể nói là bô xít. Phân bổ gần khắp Tây Nguyên, ưu tiên làm nhôm oxit (alumina) thì có bùn đỏ với ô xít sắt, ưu tiên sắt thì không có alumina. Nhưng ưu tiên sắt thì vấn đề là quặng không tập trung như ở Thạch Khê-Hà Tĩnh, Qúi Xa-Lào Cai, như thế khai thác rất trải rộng; hiện thế giới chưa khai thác sắt từ laterite này mà ưu tiên cho sản xuất nhôm.

Thế giới người ta đã làm việc này cả gần nửa thế kỷ rồi, nhưng không thể triển khai qui mô công nghiệp được. Cho nên đã có kết luận tại thời điểm hiện nay và tương lai gần, nguyên liệu khai thác tự nhiên vẫn là nguyên liệu cho sản xuất ra sản phẩm công nghiệp.

Lời kết

TS Lợi và đồng nghiệp nhận giải thưởng Trần Đại Nghĩa mà Hội đồng quyết định là giải thưởng cho đề tài có "tính ứng dụng thực tế" làm nhiều nhà khoa học thấy hoang mang về cách dùng từ thực tế ở đây?

"Tính thực tiễn" là khả năng áp dụng vào thực tế mang lại giá trị kinh tế mà phải là nền kinh tế hiện hành của Việt Nam. Minh chứng không thực tế ở “các con số biết nói” là các chi phí 13 tỷ đồng mà TS Lợi luyện được hơn 1 tấn thép xốp từ 10 tấn bùn đỏ lấy từ nhà máy Alumin Tân Rai cũng như các kết quả đầu vào, đầu ra của việc luyện thép xốp tại một nhà máy ở Hải Dương! Ảnh hưởng của quá trình sản xuất thép xốp từ nguyên liệu chứa NaOH cũng như chi phí chuyển bùn đỏ đến nhà máy thép cho dù cơ quan quản lý cho phép.

Tất cả các chi phí ngăn ngừa và giải quyết các phát sinh đó sẽ làm tăng giá thành sản xuất thép (nếu có); và trong điều kiện một nền kinh tế thị trường và hội nhập quốc tế - khi sự cạnh tranh về giá mua bán và chất lượng sản phẩm là yếu tố quyết định thì dù có làm được nhưng không bao giờ được các doanh nghiệp chấp nhận ứng dụng trong thực tế sản xuất.

Hy vọng các ý kiến phản biện nói trên giải đáp được các phân vân hiện nay về hiệu qủa thực tế về đề tài nghiên cứu đạt xuất sắc và bằng sáng chế của TS Vũ Đức Lợi.