Quy trình sản xuất tinh quặng sắt và sắt xốp từ bùn đỏ do các nhà khoa học của Viện Hóa học, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam (VHL KH và CNVN) nghiên cứu đã chính thức được Cục Sở hữu trí tuệ (Bộ Khoa học và Công nghệ) cấp bằng độc quyền sáng chế. Công nghệ này đã được chuyển nhượng cho Công ty cổ phần Thương mại Thái Hưng lập Dự án đầu tư xây dựng nhà máy sản xuất tinh quặng sắt, sắt xốp, thép từ bùn đỏ với nguyên liệu đầu vào là bùn đỏ của hai nhà máy alumin ở Lâm Đồng và Đác Nông.

Loi giai cho bai toan bun do - Anh 1

Thiết bị nghiền và tuyển từ thu hồi tinh quặng sắt từ bùn đỏ.

Bùn đỏ (là hỗn hợp bao gồm các hợp chất như sắt, silic, titan… và một lượng xút dư thừa do quá trình hòa tan và tách quặng bauxit) được thải ra trong quá trình sản xuất nhôm từ quặng bauxit. Hiện nay, trên thế giới chưa có nước nào xử lý triệt để được ô nhiễm bùn đỏ, cách phổ biến mà người ta vẫn thường làm là chôn lấp ở các vùng đất ít người, ven biển để tránh độc hại. Đây cũng là một trong những vấn đề cần giải quyết khi theo quy hoạch, hai nhà máy alumin Nhân Cơ ở Đác Nông và Tân Rai ở Lâm Đồng có lượng bùn đỏ thải ra khoảng 1,2 đến 1,3 triệu tấn/năm.

Đi tìm lời giải cho bài toán bùn đỏ, Chương trình khoa học và công nghệ Tây Nguyên 3 đã giao nhiệm vụ cho Viện Hóa học thực hiện Đề tài “Nghiên cứu các giải pháp công nghệ để xử lý bùn đỏ thành thép và các sản phẩm hữu ích khác, góp phần phát triển ngành công nghiệp chế biến và khai thác bauxit tại Tây Nguyên theo hướng phát triển bền vững”. Chỉ với kinh phí 13,5 tỷ đồng, các nhà khoa học tham gia thực hiện đề tài đã hoàn thành xuất sắc đề tài nghiên cứu trong 1,5 năm, sớm hơn một nửa thời gian so với dự kiến. Các nhà khoa học đã tiến hành nghiên cứu và sản xuất thử nghiệm với quy mô công nghiệp mẻ 200 tấn bùn đỏ, tinh quặng sắt thu được dùng làm nguyên liệu để sản xuất sắt xốp và gang, sản phẩm thép thu được đạt tiêu chuẩn mác thép CT5, hiệu suất thu hồi sắt từ bùn đỏ đạt gần 70%.

Phó Viện trưởng Viện Hóa học, Chủ nhiệm đề tài, TS Vũ Đức Lợi cho biết, qua phân tích thành phần hóa học bùn đỏ của nhà máy alumin ở Lâm Đồng, nhóm nghiên cứu đã phát hiện hàm lượng ô-xít sắt (Fe2O3) khoảng từ 46 đến 53%, với hàm lượng trung bình 51%, nghĩa là cao hơn so với bùn đỏ ở một số nước trên thế giới như Ô-xtrây-li-a, Hung-ga-ri… Đây được coi là quặng sắt nghèo nhưng có khối lượng lớn, thuận lợi cho việc nghiên cứu và áp dụng công nghệ để sản xuất ra gang, thép. Hơn nữa, nước ta có trữ lượng đá vôi lớn là yếu tố quan trọng cho quá trình chế biến gang và thép từ bùn đỏ.

Các nghiên cứu và sáng chế trước đây tập trung vào công nghệ hoàn nguyên sâu các dạng sắt ô-xít trong bùn đỏ về dạng sắt kim loại và thu hồi ở dạng bột sắt. Các công nghệ này có nhược điểm không kiểm soát được quá trình hoàn nguyên. Hơn nữa, do có nhiều thành phần tạp chất trong bùn đỏ tham gia vào các quá trình phản ứng, cho nên quá trình hoàn nguyên sâu về sắt kim loại sẽ tiêu tốn nhiều năng lượng. Một số sáng chế cũng đưa ra công nghệ hoàn nguyên về dạng ô-xít sắt từ trong lò quay. Tuy nhiên, quy trình này cũng tiêu tốn nhiều năng lượng và không hiệu quả kinh tế. Ngoài ra, nhôm ô-xít dư và tạp chất trong bùn đỏ lớn, nếu áp dụng quy trình công nghệ truyền thống sử dụng lò cao thì không đáp ứng được quy trình hoàn nguyên sắt do lượng xỉ tạo ra lớn, ngăn cản đường cấp gió dẫn đến nhiệt độ thấp và không thể thực hiện được quá trình khử, nóng chảy và tách xỉ.

Theo TS Vũ Đức Lợi, để khắc phục những hạn chế nêu trên, nhóm nghiên cứu đã lựa chọn và nghiên cứu công nghệ thiêu từ hóa kết hợp với nghiền và tuyển từ. Công nghệ này tiêu tốn năng lượng thấp, do sử dụng khí dư của lò cao trong quá trình luyện gang và có hiệu quả kinh tế khi triển khai ở quy mô công nghiệp. Sau quá trình nghiên cứu, từng bước hoàn thiện công nghệ với sự hợp tác và hỗ trợ của Công ty cổ phần BCH-Nhà máy sản xuất phôi Thép Thái Hưng, nhóm nghiên cứu đã từng bước nâng trọng lượng mỗi mẻ thử nghiệm quy mô phòng thí nghiệm từ một tấn, 2,5 tấn, năm tấn, 10 tấn bùn đỏ... Qua từng mẻ, công nghệ được điều chỉnh, hiệu suất thu hồi sắt không ngừng tăng lên. Mẻ 200 tấn mới đây đã cho kết quả thu hồi sắt đạt hơn 70%.

Quy trình công nghệ sản xuất thép từ bùn đỏ bao gồm các công đoạn: loại bỏ dịch bám theo bùn đỏ nhằm thu hồi xút và bùn đỏ khô, sau đó là công đoạn phối liệu; áp dụng công nghệ thiêu từ hóa, nghiền tuyển, loại bỏ các tạp chất như silic, ô-xít nhôm… để thu được tinh quặng sắt đạt tiêu chuẩn luyện gang và thép. Kết quả sản xuất thử nghiệm theo quy mô công nghiệp cho thấy, cứ 2,4 tấn bùn đỏ khô sẽ thu được một tấn tinh quặng sắt, tinh quặng sắt được dùng làm nguyên liệu để sản xuất sắt xốp, gang và thép theo các công nghệ thông thường, hiện đang phổ biến ở Việt Nam. Các mẫu xỉ sau khi thu hồi tinh quặng được dùng làm nguyên liệu sản xuất vật liệu xây dựng không nung. Với chi phí khoảng 1,4 triệu đồng/tấn, cộng thêm chi phí bảo vệ môi trường do các nhà máy alumin trả tiền xử lý thay vì xây dựng hồ bùn đỏ, chi phí bảo vệ môi trường..., kết quả nói trên mở ra một hướng đi nâng cao hiệu quả kinh tế của ngành công nghiệp alumin - nhôm, nhất là giải quyết được vấn đề môi trường.

Theo tính toán, Quy trình công nghệ sản xuất tinh quặng sắt, sắt xốp và thép từ bùn đỏ do VHL KH và CNVN chủ trì nghiên cứu thật sự có hiệu quả kinh tế nếu tính đến những lợi ích tổng thể như chi phí xây hồ bùn đỏ, chi phí thu hồi các sản phẩm phụ và chi phí bảo vệ môi trường. Kết quả thành công của đề tài đã được tạp chí khoa học quốc tế nổi tiếng Nature trích dẫn. TS Vũ Đức Lợi cho biết, ngay sau khi được cấp bằng độc quyền sáng chế, VHL KH và CNVN đã có biên bản ghi nhớ chuyển nhượng bản quyền sở hữu trí tuệ công trình khoa học này cho Công ty cổ phần Thương mại Thái Hưng. Hiện công ty đang khẩn trương lập dự án đầu tư xây dựng nhà máy sản xuất tinh quặng sắt, sắt xốp, thép từ bùn đỏ với nguyên liệu đầu vào là bùn đỏ của nhà máy alumin tại Lâm Đồng.

HẠNH NGUYÊN