Xỉ là các sản phẩm phụ của quá trình luyện kim. Ngành công nghiệp sản xuất gang và thép tạo ra các loại xỉ khác nhau. Xỉ lò cao là sản phẩm phụ của quá trình sản xuất gang có hàm lượng SiO2 cao, do đó xỉ lò cao làm nguội nhanh có cấu trúc vô định hình và các tính chất puzolan (đá bazan). Do tính chất đó có lợi cho xi măng, xỉ lò cao phát sinh mỗi năm được sử dụng hoàn toàn cho ngành công nghiệp xi măng và bê tông. Ngược lại với xỉ lò cao, xỉ luyện thép tạo ra từ quá trình sản xuất và tinh luyện thép, hiện nay chưa được sử dụng nhiều trong thực tế. 

Hiện nay, trên thế giới, các nước có ngành công nghiệp luyện kim phát triển đã có nhiều nghiên cứu về xỉ luyện gang, xỉ luyện thép sử dụng làm phụ gia khoáng cho xi măng, bê tông, vữa, cốt liệu cho bê tông, vật liệu cho đường giao thông, xây dựng. Có thể sử dụng xỉ hạt lò cao thay thế đến 20-80% lượng clanke trong sản xuất xi măng mang lại hiệu quả về kinh tế, môi trường rất lớn. Đối với xỉ luyện thép khi đưa vào sử dụng cần phải xử lý để hạn chế ảnh hường của các tác nhân gây nở, ảnh hưởng tới môi trường (như xử lý loại bỏ CaO tự do bằng nước,…), giảm hàm lượng sắt. Xỉ luyện gang làm nguội chậm và xỉ luyện thép sau xử lý, gia công cỡ hạt thích hợp có thể sử dụng làm vật liệu đường giao thông, xây dựng.

Tại Việt Nam, xỉ luyện gang, xỉ luyện thép đang phát thải với khối lượng tăng nhanh chóng trong những năm gần đây và những năm sắp tới. Năm 2016, các cơ sở sản xuất gang, thép trong nước đạt sản lượng 2,6 triệu tấn gang và 7,0 triệu tấn phôi thép. Để sản xuất một tấn gang phải thải ra từ 0,3 ÷ 0,4 tấn xỉ lò cao. Để sản xuất một tấn thép thải ra từ 0,15 ÷ 0,2 tấn xỉ luyện thép. Dự báo đến năm 2020, khi các dự án sản xuất gang, thép lớn đi vào hoạt động, lượng xỉ tạo ra có thể đạt 5 - 7 triệu tấn, đến năm 2025 có thể đạt 10 triệu tấn, vì vậy đòi hỏi phải có các giải pháp để thúc đẩy việc xử lý, tái chế và sử dụng nhằm hạn chế việc tồn chứa gây tốn diện tích bãi chứa và ảnh hưởng đến môi trường. Lượng xỉ từ công nghiệp gang, thép tại Việt Nam hiện nay chủ yếu chỉ sử dụng một phần xỉ hạt từ luyện gang lò cao, phần xỉ hạt lò cao còn lại đang được xuất khẩu (do lượng xỉ hạt sử dụng cho sản xuất xi măng trong nước dư thừa) sang các nước khác với thuế xuất là 5 - 10%.

Nhóm nghiên cứu do Cơ quan chủ quản Viện Luyện kim đen cùng phối hợp với Mục tiêu chính của nghiên cứu này là khảo sát, đánh giá thực trạng xỉ luyện gang, xỉ luyện thép trên thế giới và Việt Nam từ đó đề xuất các biện pháp quản lý, sử dụng xỉ gang, thép trong nước. Với mục đích này, đề tài cần nghiên cứu xác định các đặc tính cơ bản của các loại xỉ luyện gang, luyện thép để phân biệt với các loại quặng kim loại, từ đó xây dựng các dự thảo tiêu chuẩn cho xỉ luyện gang và xỉ luyện thép.

Sau quá trình nghiên cứu từ các tài liệu xỉ gang, thép trên thế giới và nghiên cứu khảo sát thực trạng xỉ gang, thép tại Việt Nam, đề tài có các kết luận sau: 

Đặc điểm kỹ thuật chính của xỉ luyện gang, thép thường được đề cập đến trong các tài liệu nghiên cứu là thành phần hóa học, thành phần khoáng học và tỷ trọng. Xỉ luyện gang, luyện thép tại Việt Nam qua khảo sát đánh giá cũng có đặc tính kỹ thuật tương đương với các đặc tính của xỉ luyện gang, xỉ luyện thép trên thế giới. Cấu trúc của xỉ luyện kim đen có thể khác nhau từ tinh thể đến vô định hình (thủy tinh) tùy thuộc vào thành phần hóa học và quá trình xử lý xỉ. 

Từ đó, có thể rút ra một số đặc tính cơ bản của xỉ luyện gang, xỉ luyện thép như sau: a) Xỉ luyện gang lò cao:

- Thành phần hóa học chính của xỉ lò cao gồm có: ôxit silic, ôxit nhôm, ôxit canxi và ôxit magiê - chiếm khoảng 95% tổng thành phần. Hàm lượng CaO, SiO2, Al2O3, MgO, MnO và Fetổng trong xỉ lò cao tương ứng dao động từ 30 - 45%, 25 - 45%, 8 - 22%, 3- 16%, 6 - 11% và < 2. 

- Thành phần khoáng vật: Khoáng vật điển hình của xỉ cục lò cao bao gồm các dung dịch rắn của các oxít canxi, silic, nhôm, magiê. Thành phần khoáng vật của xỉ hạt là vô định hình. - Khối lượng riêng: Xỉ cục trong khoảng 2,45 - 2,55 g/cm3 . Xỉ hạt trong khoảng 2,25 – 2,95 g/cm3 . 

- Khối lượng thể tích xốp của xỉ cục với cấp hạt 0 ÷ 20 mm trong khoảng 1100 ÷ 1300 kg/m3, của xỉ hạt với cấp hạt 0 ÷ 5mm trong khoảng 700 ÷ 1300 kg/m3 ;

* Xỉ luyện thép. 

- Xỉ luyện thép lò chuyển (BOF): 

+ Thành phần hóa học: Hàm lượng CaO, SiO2, Al2O3, MgO, MnO và Fetổng của các mẫu xỉ luyện thép lò BOF thường trong khoảng 30 - 60%; 1- 24%; 1 - 2,5%; 5 - 15%; 3 - 8% và < 20. Tổng hàm lượng các oxit còn lại nhỏ hơn 10. 

+ Thành phần khoáng vật: Dicciumsilicate (C2S hoặc 2CaO.SiO2), wustite (FeO), Ferit (Fe3O4) và các dung dịch rắn của ôxit sắt (FeO) và (MgO). 

+ Khối lượng riêng: trong khoảng 3,2 - 3,6 g/cm3 . 

+ Khối lượng thể tích xốp của xỉ thép lò chuyển với cấp hạt 0 ÷ 20mm trong khoảng 1500÷ 2100 kg/m3. 

- Xỉ luyện thép lò điện hồ quang:

+ Thành phần hóa học: Hàm lượng CaO, SiO2, Al2O3, MgO, MnO và Fetổng tương ứng trong khoảng 15 - 65%, 4 - 26%, 1 - 16%, 0,5-15%, 2-8% và < 30%. Tổng hàm lượng các oxit còn lại nhỏ hơn 10. 

+ Thành phần khoáng vật: có CaO và MgO tự do cùng với các khoáng chất phức tạp khác và dung dịch rắn của CaO, FeO và MgO. 

+ Khối lượng riêng: trong khoảng 3,2 - 3,6 g/cm3. 

+ Khối lượng thể tích xốp của xỉ thép lò điện hồ quang trong khoảng 1500 ÷ 2100 kg/m3; 

- Xỉ luyện thép lò tinh luyện. 

+ Thành phần hóa học: Hàm lượng CaO, SiO2, Al2O3, MgO, MnO và Fetổng tương ứng trong khoảng 30 - 65%; 10 - 40%; 0,5 - 40%; 1-20%; 0-5% và < 2%. Tổng hàm lượng các oxit còn lại nhỏ hơn 10. 

+ Thành phần khoáng vật: có CaO và MgO tự do cùng với các dạng vô định hình của C2S (Ca2SiO4), cùng với các khoáng chất phức tạp khác như: mayenite (12CaO·7Al2O3, Ca12Al14O33, C12A7), periclase (MgO), gehlenite (2CaO·Al2O3·SiO2, Ca2Al2SiO7), larnite (β-2CaO·SiO2, β-Ca2SiO4), shannonite (γ-2CaO·SiO2, γ-Ca2SiO4), và tricalcium aluminate (3CaO·Al2O3, Ca3Al2O6, C3A). 

+ Khối lượng riêng: trong khoảng 3,2 – 3,6 g/cm3 . 

+ Khối lượng thể tích xốp của xỉ thép lò tinh luyện với cấp hạt 0 ÷ 5 mm trong khoảng 800 ÷ 1500 kg/m3 . 

- Xỉ luyện thép lò điện cảm ứng 

+ Hàm lượng CaO, SiO2, MgO và Fetổng của các mẫu xỉ luyện thép lò điện cảm ứng tương ứng là 38 - 52%, 13 - 18%, 8 - 10%, và < 2%. Tổng hàm lượng các oxit còn lại nhỏ hơn 10. 

+ Thành phần khoáng vật của xỉ luyện thép lò cảm ứng: là khoáng vật oxít của canxi, silic, nhôm, magiê…. 

+ Khối lượng thể tích xốp của xỉ thép lò điện cảm ứng với cấp hạt 0 ÷ 20mm trong khoảng 1500 ÷ 1900 kg/m3 . 

2) Với thành phần và tính chất của các loại xỉ nêu trên, hoàn toàn có thể chế biến và sử dụng các loại xỉ làm nguyên liệu cho các ngành vật liệu xây dựng, đường giao thông.... Xỉ gang thép thực sự là nguồn tài nguyên cần chế biến và sử dụng. 

3) Các tiêu chuẩn về xỉ gang/thép: Đặc tính kỹ thuật cơ bản sẽ là những tiêu chuẩn để nhà quản lý xác định xỉ luyện gang, xỉ luyện thép phục vụ công tác quản lý nhà nước.

Có thể tìm đọc báo cáo kết quả nghiên cứu (mã số 15283/2018) tại Cục Thông tin KH&CNQG.

Đ.T.V (NASATI)