Tìm ra phương pháp sản xuất sắt từ bùn đỏ độc hại thân thiện với môi trường

Nhóm nhà khoa học từ viện Max-Planck-Institut für Eisenforschung, một trung tâm nghiên cứu về sắt ở Đức, phát triển phương pháp biến phụ phẩm bùn đỏ độc hại từ quá trình sản xuất nhôm thành sắt, sau đó biến thành thép “xanh”.

Ngành nhôm tạo ra khoảng 180 triệu tấn cặn bauxite hay bùn đỏ, mỗi năm. Chất này có tính ăn mòn rất mạnh vì độ kiềm cao và giàu kim loại nặng độc hại. Ở các nước như Australia, Trung Quốc, Brazil, bùn đỏ thừa thường được xử lý tại các bãi chôn lấp khổng lồ với chi phí xử lý cao. Ngành thép cũng hại môi trường không kém khi đóng góp 8% lượng khí thải CO2 toàn cầu. Tuy nhiên, nhu cầu thép và nhôm dự kiến tăng tới 60% vào năm 2050.

“Quy trình của chúng tôi có thể đồng thời giải quyết vấn đề chất thải trong sản xuất nhôm và giảm lượng phát thải carbon của ngành thép”, Matic Jovicevic-Klug, tác giả chính của nghiên cứu mới cho biết.

Bùn đỏ có 60% oxit sắt, làm tan chảy bùn đỏ trong lò hồ quang điện bằng plasma chứa 10% hydro sẽ khử chất này thành sắt lỏng và oxit lỏng, từ đó dễ dàng chiết xuất sắt. Kỹ thuật khử plasma mất khoảng 10 phút và tạo ra sắt rất tinh khiết, có thể được xử lý trực tiếp thành thép. Các oxit kim loại không còn tính ăn mòn sẽ cứng lại khi nguội đi. Do đó, chúng có thể biến thành vật liệu giống thủy tinh và dùng làm vật liệu chèn lấp trong ngành xây dựng.

Đức phát triển phương pháp biến phụ phẩm bùn đỏ độc hại từ quá trình sản xuất nhôm thành sắt, sau đó biến thành thép “xanh”. Ảnh: VnExpress/Depositphotos

“Nếu sử dụng hydro xanh để sản xuất sắt từ 4 tỷ tấn bùn đỏ sinh ra trong quá trình sản xuất nhôm toàn cầu cho đến nay, ngành thép có thể giảm gần 1,5 tỷ tấn CO2”, Isnaldi Souza Filho, thành viên nhóm nghiên cứu cho biết.

Các kim loại nặng độc hại có trong bùn đỏ ban đầu “gần như bị vô hiệu hóa” bằng quy trình mới. Bất cứ kim loại nặng nào còn sót lại đều liên kết chặt chẽ trong các oxit kim loại và không thể bị cuốn trôi theo nước như với bùn đỏ ở bãi chôn lấp. “Sau quá trình khử, chúng tôi phát hiện crom trong sắt. Các kim loại nặng và quý khác cũng có thể đã đi vào trong sắt hoặc một nơi riêng biệt. Chúng tôi sẽ tìm hiểu điều này trong những nghiên cứu sâu hơn. Các kim loại quý sau đó có thể được tách ra và tái sử dụng”, Jovicevic-Klug nói. Nhóm nghiên cứu cũng cho biết, việc sản xuất sắt từ bùn đỏ trực tiếp bằng hydro xanh mang lại lợi ích lớn cho môi trường và cũng mang đến lợi ích kinh tế.

Thực chất bùn đỏ là cặn (các thành phần có trong bauxite) không hòa tan trong kiềm và thu được trong quá trình hoà tách bauxite. Tại Việt Nam những năm qua đã có nhiều nghiên cứu về vấn đề xử lý và ứng dụng bùn đỏ. Đơn cử như đề tài “Nghiên cứu công nghệ sản xuất thép và vật liệu xây dựng không nung từ nguồn thải bùn đỏ trong quá trình sản xuất alumin tại Tây Nguyên” thuộc Chương trình Khoa học công nghệ trọng điểm cấp nhà nước do TS Vũ Đức Lợi, Viện Hóa học chủ trì, đã đạt kết quả khả quan về thu hồi kim loại có trong bùn đỏ. Tuy kết quả thử nghiệm chưa chứng minh hiệu quả kinh tế nhưng đã cho ra sản phẩm sắt xốp có hàm lượng đạt 90,1%, tỷ lệ sắt kim loại/tổng sắt đạt 83,4%. Mẫu thép thu được từ sắt xốp thử nghiệm đạt tiêu chuẩn mác SD 390 của Nhật Bản và mác thép CT5.

Đây được coi là triển vọng cho việc xử lý và tận dụng triệt để nguồn chất thải bùn đỏ, góp phần bảo vệ môi trường và phát triển bền vững công nghiệp sản xuất alumin tại Tây Nguyên. Thành phần sắt trong bùn đỏ cao (hàm lượng Fe2O3 trong tất cả các mẫu đều hơn 50%), do vậy, có thể định hướng sử dụng làm tinh quặng sắt, gang và thép. 

Theo hội đồng nghiệm thu, những kết quả nghiên cứu của đề tài “Nghiên cứu công nghệ sản xuất thép và vật liệu xây dựng không nung từ nguồn thải bùn đỏ trong quá trình sản xuất alumin tại Tây Nguyên” là những đóng góp mới cho khoa học và có thể ứng dụng trong thực tiễn, cần sớm xây dựng nghiên cứu dự án khả thi để sản xuất tinh quặng sắt, gang và thép từ bùn đỏ.

Các nhà khoa học thuộc Viện Công nghệ sinh học Việt Nam, Trường đại học Bách khoa TP.Hồ Chí Minh cũng kết hợp Cơ quan Hợp tác quốc tế Nhật Bản (JICA) tại Việt Nam nghiên cứu sử dụng bùn đỏ để xử lý khí, sử dụng viên lọc bùn đỏ để lọc H2S chứa trong khí biogas tại xã Thái Mỹ, huyện Củ Chi (Thành phố Hồ Chí Minh). Ở các ngành, lĩnh vực khác nhau cũng có nhiều nghiên cứu tận dụng bùn đỏ xử lý ô nhiễm nước thải dân dụng và quốc phòng.

An Dương (T/h)