Nhiều nghiên cứu ở Việt Nam cho thấy lượng cát xây dựng sử dụng ở Việt Nam khoảng 120 - 130 triệu m³/năm. Dự báo nguồn cung cát tự nhiên từ các mỏ khai thác hợp pháp chỉ đáp ứng được khoảng 40 - 50% nhu cầu thực tế. Do đó, việc nghiên cứu tái sử dụng các loại vật liệu thải từ hoạt động khai thác khoáng sản thay thế vật liệu tự nhiên là một trong những giải pháp mang lại hiệu quả kinh tế - kỹ thuật, tạo môi trường sinh thái bền vững cho các hoạt động khai thác khoáng sản ở Việt Nam.

Hoạt động khai thác quặng tại Công ty Cổ phần Đồng Tả Phời (Lào Cai)

Hiện nay, đã có một số đề tài, dự án khoa học nghiên cứu sử dụng đất đá thải mỏ để làm vật liệu xây dựng. Một số nhà khoa học đã quan tâm nghiên cứu sản xuất vật liệu xây dựng từ bùn đỏ, quặng đuôi của các mỏ khoáng sản… Tuy nhiên, các nghiên cứu này chưa được áp dụng rộng rãi với các nguồn phế thải của các mỏ khoáng sản của Tập đoàn Công nghiệp Than - Khoáng sản Việt Nam (TKV). Đồng thời, các sản phẩm bê tông “xanh”, vữa xây dựng và block gạch xây không nung từ hỗn hợp chất kết dính không xi măng cho đến nay vẫn chưa có nhiều nghiên cứu sản xuất.

Trong khi đó, bùn thải và quặng đuôi phát sinh trong quá trình tuyển nổi quặng đồng lại rất sẵn tại các khu vực khai thác khoáng sản nói chung và tại Nhà máy tuyển đồng Tả Phời nói riêng lại rất sẵn. Việc giải quyết bài toán bùn thải, quặng đuôi phát sinh trong quá trình tuyển nổi quặng đồng vừa giúp đơn vị giải quyết tối đa bài toán kinh tế vừa đảm bảo môi trường cho các hồ chứa cũng như sức khỏe của nhân dân trên địa bàn tỉnh.

Trước thực trạng trên, nhóm nghiên cứu của Trường Đại học Mỏ - Địa chất và Công ty Cổ phần Đồng Tả Phời - Vinacomin đã tiến hành hợp tác nghiên cứu đánh giá khả năng tái sử dụng các loại bùn thải, quặng đuôi phát sinh trong quá trình tuyển nổi quặng đồng để chế tạo các loại bê tông xanh và block gạch không nung phục vụ xây dựng công trình tại các vùng núi, vùng kinh tế khó khăn phía Bắc của Việt Nam.

TS. Tăng Văn Lâm (Trường Đại học Mỏ-Địa chất) đã lấy mẫu bùn thải tại Công ty Cổ phần Đồng Tả Phời (Lào Cai)

Thực hiện đề tài, nhóm nghiên cứu tiến hành lấy mẫu bùn thải từ hồ chứa nhà máy tuyển quặng đồng Tả Phời, sau đó được đưa đi sấy khô trong tủ sấy, được sàng qua sàng có kích thước mắt sàng 5,0 mm để loại bỏ các hạt thô. Kích thước hạt của bùn thải sau sàng được nhóm nghiên cứu sử dụng trong khoảng 0,15 - 5,0 mm.

Để đánh giá khả năng sử dụng bùn thải của nhà máy tuyển quặng đồng Tả Phời thay thế cốt liệu nhỏ tự nhiên trong chế tạo bê tông xanh không xi măng, nhóm nghiên cứu đã khảo sát và sử dụng hàm lượng bùn thải dao động lần lượt từ 0%; 10%; 20% và 30% so với hàm lượng cát vàng sông Lô.

Sau khi nhào trộn hỗn hợp bê tông xanh sử dụng bùn thải quặng đồng có độ dẻo cao, tính công tác tốt, không bị phân tầng tách lớp. Điều này được giải thích là do hỗn hợp bê tông xanh đã sử dụng 1,5% phụ gia siêu dẻo SR 5000F. Mặc dù, lượng nước trộn rất nhỏ, nhưng do thành phần chất kết dính hoàn toàn không chứa xi măng, lượng nước không bị mất đi trong quá trình thủy hóa như trong bê tông xi măng.

Bên cạnh đó, khi sử dụng bùn thải quặng đồng thay thế từ (10-30%) hàm lượng cát tự nhiên thì tính công tác và khối lượng thể tích của hỗn hợp bê tông xanh có xu hướng giảm. Do đó, khi sử dụng bùn thải với vai trò là cốt liệu nhỏ (cát mịn nhân tạo) trong thành phần của bê tông, cần xem xét tăng thêm lượng dung dịch nhào trộn để đảm bảo tính công tác của hỗn hợp bê tông không bị suy giảm.

Với hàm lượng bùn thải có chứa một phần các hạt mịn có hoạt tính đã ảnh hưởng đến độ đặc vi cấu trúc của sản phẩm. Trong phạm vi nghiên cứu, mẫu bê tông xanh sử dụng bùn thải và đá thải quặng đồng có độ hút nước bão hòa giảm dần từ 9,5% xuống còn 8,0%. Với kết quả này đã cho thấy độ đặc của vi cấu trúc trong bê tông xanh đã được cải thiện đáng kể, các lỗ rỗng mao quản, lỗ rỗng gel đã được lấp đầy bởi thành phần hạt mịn của bùn thải. Với hiệu ứng này đã thu được sản phẩm bê tông xanh có độ hút nước bão hòa giảm xuống đáng kể so với bê tông xanh sử dụng cát tự nhiên.

Bùn thải tuyển quặng đồng của nhà máy tuyển đồng Tả Phời

Sauk hi tiến hành kiểm nghiệm, đánh giá, cường độ chịu nén của mẫu thí nghiệm thay đổi đáng kể theo hàm lượng của bùn thải sử dụng. Cụ thể, cấp phối bê tông sử dụng 10% bùn thải và 90% cốt liệu nhỏ tự nhiên có cường độ nén ở tuổi 28 ngày cao nhất với giá trị là 55 MPa. Khi hàm lượng bùn thải quặng đồng tăng lên đến 20% và 30% thì cường độ nén ở tuổi 28 ngày đã giảm từ 55 MPa xuống còn 40 MPa và có thể giảm thấp hơn. Theo đó, để hạn chế sự suy giảm cường độ của bê tông xanh khi sử dụng bùn thải thay cốt liệu tự nhiêu có thể sử dụng thêm các thành phần phụ gia điều chỉnh, hoặc tăng các thành phần vật liệu bột khoáng hoạt tính cao hơn.

Sản phẩm gạch xây không nung từ bùn thải của nhà máy tuyển đồng Tả Phời

​

Sản phẩm bê tông xanh không xi măng sử dụng bùn thải của nhà máy tuyển đồng Tả Phời

Với những kết quả bước đầu thu được trong nghiên cứu có thể thấy rằng, việc sử dụng bùn thải của các doanh nghiệp khai thác khoáng sản thuộc Tập đoàn Công nghiệp Than – Khoáng sản Việt Nam thay thế một phần và tiến tới sẽ thay thế toàn bộ cốt liệu nhỏ tự nhiên trong chế tạo bê tông và vữa xây dựng là một trong những giải pháp mang lại nhiều hiệu quả kinh tế, kỹ thuật và môi trường to lớn. Kết quả của đề tài nghiên cứu sẽ thúc đẩy chuyển đổi xanh, kinh tế tuần hoàn ở Việt Nam hiện nay.

Thời gian tới, nhóm nghiên cứu sẽ tiếp tục thực hiện đánh giá toàn diện hơn và tiến tới mục tiêu sử dụng các nguồn bùn thải này thay thế hoàn toàn thành phần cát tự nhiên trong thành phần bê tông xanh không xi măng, sản xuất thử nghiệm các sản phẩm gạch xây không nung từ hỗn hợp bê tông xanh để phục vụ xây dựng công trình tại các vùng núi, vùng kinh tế khó khăn phía Bắc của Việt Nam.

Đây cũng là nhiệm vụ quan trọng, đóng góp vào thành công chung của đất nước trong tiến trình phát triển kinh tế tuần hoàn với mục tiêu tái sử dụng các nguồn vật liệu thải phát sinh trong quá trình khai thác khoáng sản giảm tác động đến môi trường sống và tạo ra giá trị kinh tế cho doanh nghiệp.