Công nghệ luyện thép lò điện hồ quang (EAF) đã xuất hiện tại Việt Nam nhiều năm nay, với hơn 10 công ty đang sử dụng, đóng góp 6,55 triệu tấn thép vào năm 2020 (chiếm 57% tổng sản lượng). Tuy nhiên, đi kèm với sản lượng này là lượng bụi lò EAF đáng kể, khoảng 15-20 kg/tấn sản phẩm. Việc xử lý và tái chế chất thải rắn này trở nên cấp thiết không chỉ vì môi trường mà còn vì khả năng thu hồi các nguyên tố giá trị. Bụi EAF là sản phẩm phụ hình thành khi các kim loại như kẽm (Zn), chì (Pb), cadmi (Cd), natri (Na), mangan (Mn), sắt (Fe),... bay hơi và oxy hóa trong môi trường nhiệt độ cao của lò (khoảng 1600 °C). Do chứa các kim loại nặng, bụi EAF được xếp vào nhóm chất thải rắn nguy hại, yêu cầu lưu trữ nghiêm ngặt và không được vận chuyển nếu không có giấy phép. Thành phần khoáng vật chính của bụi EAF bao gồm franklinite (ZnFe2O4), magnetite (Fe3O4), zincite (ZnO) và silicate (SiO2) – những khoáng chất có thể tái chế để thu hồi Zn và Fe.

Tại Việt Nam, bụi EAF được chia thành hai nhóm: hàm lượng Zn thấp (do sử dụng gang lỏng trong phối liệu) và hàm lượng Zn cao (chỉ sử dụng thép phế liệu). Với tỷ lệ phát thải trung bình 20 kg/tấn phôi thép, tổng lượng bụi EAF ở Việt Nam ước tính khoảng 120.000 tấn/năm, một khối lượng không nhỏ cần được xử lý triệt để và thu hồi kim loại. Hiện nay, một số đơn vị tại Việt Nam được cấp phép xử lý bụi EAF như Công ty ZOCV (Bà Rịa – Vũng Tàu) sử dụng công nghệ lò đáy quay (RHF) và Công ty Kim loại màu Việt Bắc (Thái Nguyên) sử dụng công nghệ lò ống quay. Tuy nhiên, các rào cản về kinh tế và pháp lý, như quy định về vận chuyển không phép và hiệu quả kinh tế thấp khi hàm lượng Zn trong bụi thấp, khiến các đơn vị xử lý không mấy mặn mà nếu quãng đường vận chuyển xa. Điều này dẫn đến nguy cơ bụi EAF tồn đọng nhiều tại các nhà máy, gây tác động tiêu cực đến môi trường.

ZnO là vật liệu quý giá với nhiều tính chất ưu việt như quang tính, dẫn nhiệt tốt, và độ bền cao trong môi trường khắc nghiệt, khiến nó được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp và đời sống (cao su, gốm sứ, sơn, dược phẩm...). Chính vì lí do này, PGS. TS. Bùi Anh Hòa cùng các cộng sự tại Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã thực hiện đề tài: “Nghiên cứu thu hồi bột kẽm oxit (ZnO) siêu mịn từ bụi lò điện hồ quang luyện thép” nhằm mục đích thu hồi bột kẽm oxit ZnO siêu mịn từ bụi lò điện hồ quang (EAF) của các nhà máy luyện thép tại Việt Nam, để ứng dụng trong công nghiệp gốm sứ - thủy tinh.

Đề tài đã đạt được những kết quả quan trọng trong việc nghiên cứu và ứng dụng công nghệ thu hồi kẽm oxit (ZnO) từ bụi lò điện hồ quang (EAF). Cụ thể:

1. Phân tích đặc tính bụi EAF

Các mẫu bụi EAF tại Việt Nam có thành phần hóa học và cấu trúc khoáng vật tương đồng với các nghiên cứu công bố trên thế giới, chủ yếu chứa ZnO và ZnFe$_2$O$_4$. Tuy nhiên, hàm lượng kẽm (Zn) khác biệt đáng kể, phụ thuộc vào loại lò và nguyên liệu thép sử dụng. Cụ thể, bụi EAF 1 có hàm lượng Zn cao (42,69%), trong khi bụi EAF 2 có hàm lượng Zn thấp hơn (14,55%). Kích thước hạt bụi cũng có sự khác biệt rõ rệt: 3,91 µm cho bụi EAF 1 và 15,14 µm cho bụi EAF 2.

2. Phương pháp thu hồi ZnO

- Đối với bụi EAF 2 (hàm lượng Zn thấp): Đề tài đã thử nghiệm phương pháp nung hoàn nguyên ở 1000-1200°C trong 30-90 phút. Kết quả thu được bột ZnO có độ tinh khiết khoảng 74%. Ngoài ra, bã thải sau hoàn nguyên có hàm lượng sắt (Fe) cao (47%), tiềm năng làm nguyên liệu cho luyện gang hoặc các ứng dụng khác.

- Đối với bụi EAF 1 (hàm lượng Zn cao): Đề tài đã thành công trong việc thu hồi bột ZnO siêu mịn (kích thước 100-200 nm) với độ tinh khiết > 99% bằng công nghệ thủy luyện. Quy trình này sử dụng dung dịch amoni cacbonat để hòa tách bụi EAF, đảm bảo thân thiện với môi trường nhờ sử dụng hóa chất ít tác động. Công nghệ này có ý nghĩa khoa học và thực tiễn, góp phần vào sự phát triển bền vững của ngành thép. Các thông số hòa tách tối ưu đạt hiệu suất cao nhất bao gồm:

Nồng độ amoni cacbonat: 300 g/l

Nhiệt độ: 60°C

Thời gian hòa tách: 90 phút

Tỷ lệ Lỏng/Rắn: 6/1

Tốc độ khuấy: 120 vòng/phút

3. Ứng dụng thử nghiệm

Bột ZnO siêu mịn thu được từ đề tài đã được thử nghiệm tại Làng nghề Gốm Bát Tràng và đáp ứng yêu cầu sản xuất men gốm, với chất lượng tương đương bột ZnO đang sử dụng trên thị trường, cho thấy khả năng ứng dụng thực tế cao.

Như vậy, đề tài đã hoàn thành xuất sắc các nội dung đăng ký và đạt được những kết quả quan trọng: Sản xuất thành công bột ZnO siêu mịn (kích thước < 1 µm, độ tinh khiết > 99%) đáp ứng yêu cầu sản xuất men gốm sứ. Công bố 02 bài báo khoa học, trong đó có 01 bài tại hội nghị quốc tế IWAMSN 2021 và 01 bài trên tạp chí quốc tế Journal of Mining and Metallurgy, Section B – Metallurgy (SCIE). Đào tạo thành công 01 thạc sĩ.

Bên cạnh những kết quả tích cực này, do hạn chế về thời gian, kinh phí và trang thiết bị thí nghiệm, đề tài chưa đi sâu vào xử lý bã thải sau hòa tách. Trong tương lai, cần tiếp tục nghiên cứu sâu hơn về hướng này và đánh giá hiệu quả kinh tế tổng thể của công nghệ thu hồi ZnO siêu mịn từ bụi EAF.

Có thể tìm đọc toàn văn báo cáo kết quả nghiên cứu (mã số 20980/2022) tại Cục Thông tin, Thống kê.

P.T.T (NASTIS)