Phần 1: Sản phẩm gốm sứ dập nóng


Sản phẩm gốm sứ từ các đuôi quặng mỏ

Gạch gốm thương mại có thể được sản xuất theo công nghệ này với khoảng 90% nguyên liệu là các loại đất đá ở vỏ trái đất, phần còn lại 10% là các phụ gia bổ sung. Ví dụ, đá vôi hoặc serpentine tinh khiết không thể là thành phần vật liệu tạo thành thủy tinh tại nhiệt độ tạo hình dập nóng gạch gốm; chúng cần phải được kết hợp với các phế thải khác. Đuôi quặng và mạt đá mỏ mang một giá trị bổ sung về thành phần các hạt rất mịn nói chung (nhỏ hơn 200 µm). Điều này có thể giúp cho các nhà sản xuất tránh phải nghiền nguyên liệu, một công đoạn tốn kém trong quá trình gia công nguyên liệu gốm tiêu chuẩn và cũng không thể sử dụng loại vật liệu này.

Với công nghệ mới dập nóng, nhiều nghiên cứu tăng cường đã được thực hiện để chế tạo thành công gạch gốm sứ chất lượng cao từ đuôi quặng và mạt đá của mỏ vàng Idaho-Maryland tại Grass Valley, California. Ngược lại, áp dụng các phương pháp truyền thống cho các vật liệu phế thải này chỉ có thể chế tạo được các loại gạch chất lượng dưới chuẩn, không thể thương mại, thậm chí ngay cả khi gia công nguyên liệu được tăng cường. Đá nghiền (crushed rock) sử dụng trong các thử nghiệm pilot này là tổ hợp đá núi lửa, đá trầm tích, đá mạch thạch anh chứa sulfide và cả serpentine.


Công nghệ của Ceramext có thể làm sống lại các mỏ hiện không còn đất để tồn chứa đuôi quặng. Thậm chí ngay cả khi còn đất để tồn chứa đuôi quặng thì công nghệ tiên tiến này cho phép tiết kiệm các chi phí cho tồn chứa và vận chuyển đuôi quặng, đồng thời ngăn nguy cơ tiềm năng của việc rửa trôi axít từ đuôi quặng vào các hệ thống nước quanh đó. Ngoài ra, các đuôi quặng mỏ có thể là nguồn nguyên liệu rẻ tiền cho các nhà sản xuất gạch gốm.

Vài trăm mét vuông gạch gốm chất lượng cao đã được sản xuất theo công nghệ dập nóng sử dụng phế thải từ mỏ khai thác đá nghiền granit của California. Mỏ đá granit này tạo ra hàng ngàn tấn phế thải mạt đá granit mỗi ngày từ quá trình chế biến đá. Tại đây đã hết đất để chứa loại mạt đá không được sử dụng này. Trong quá trình sản xuất theo công nghệ dập nóng ở Nevada, phế thải mạt đá từ khai thác đá núi lửa cũng được sử dụng để chế tạo các loại gạch gốm thương mại rất độc đáo.

Sản phẩm gốm sứ từ tro bay nhiệt điện than

Các sản phẩm gốm sứ chất lượng cao từ tro bay nhiệt điện than  cũng có thể được sản xuất theo công nghệ dập nóng. Sự đa dạng của  tro bay hiện được sử dụng thành công  để sản xuất sản phẩm gạch gốm, bao gồm cả loại tro bay không thích hợp cho sản xuất xi măng. Do sử dụng phối liệu được chế tạo riêng cho công nghệ này, cường độ của gạch này vượt cường độ của gạch gốm thương mại thông dụng của Ý.

Hơn 40 loại tro bay của các nhà máy nhiệt điện than đã được thử nghiệm thành công về khả năng sử dụng làm nguyên liệu, bao gồm các tro bay từ than antracite, bituminous, lignite và biomass; mỗi tro bay từ chúng có thể tạo ra các sản phẩm gạch gốm chất lượng cao (sử dụng 100% tro bay,  không cần chất kết dính). Các loại tro bay này có thể được trộn với các loại tro bay khác, các phế thải đuôi quặng mỏ, hoặc mạt đá mỏ.


Tro bay loại C cũng có thể sử dụng để chế tạo các sản phẩm dập nóng, cũng như tro bay loại F (loại thường vẫn được dùng cho bê tông). Với tro bay loại C, các tính chất tự kết dính thường hữu ích vì tạo độ bền cho gạch mộc trước khi được nung và ép. Hàm lượng kiềm cao thường liên quan đến sự tạo thành của pha thủy tinh cần có của phối liệu, tại các nhiệt độ tương đối thấp hơn.

Tro bay chất lượng không phù hợp cho sản xuất bê tông, do hàm lượng mất khi nung cao (LOI) hoặc cỡ hạt thô, cũng dùng được cho công nghệ dập nóng. Than chưa cháy trong trong tro bay sẽ oxy hóa ở nhiệt độ khoảng 750 ºC trong vài phút trước khi dập nóng tại các nhiệt độ cao. Nếu thủy ngân có trong than chưa cháy, nó sẽ bốc hơi tại các nhiệt độ cháy và có thể thu hồi  trong thiết bị thu hồi truyền thống hoặc trong các bộ lọc carbon; tuy nhiên, số lượng của tất cả phát thải khí và nhiệt độ cao sẽ ít hơn nhiều so với khi đốt than tại các nhà máy nhiệt điện.

Kích thước hạt của tro bay là quan trọng đối với sản xuất xi măng tuy nhiên lại không là vấn đề với công nghệ dập nóng, thậm chí đối với  các hạt tro bay kích thước lớn hơn 200 µm. Màu của tro bay cũng không là vấn đề và nói chung có thể thay đổi  do đốt cháy tại các nhiệt độ sản xuất.

Nhà máy sản xuất thử nghiệm pilot hiện sử dụng tro bay nhiệt điện than để sản xuất gạch ốp, lát và ngói. Sản phẩm mộc nói chung được đốt nóng đến khoảng 750 ºC và đốt cháy than dư. Tiếp đó nhiệt độ được tăng cao hơn, mộc được dập nóng với các khuôn thép nguội và chuyển tiếp tới lò ủ. Sản phẩm  có thể được mài, tạo men hoặc ở nguyên dạng; khi gạch nguyên dạng thường được  các kiến trúc sư thích hơn  do chất lượng ngoại quan của chúng.

Tiềm năng

Giá thành sản xuất thực tế của công nghệ này đang được đánh giá, tuy nhiên các dự toán sơ bộ cho thấy giá thành năng lượng sẽ thấp hơn đáng kể  so với sản xuất gốm sứ truyền thống. Vị trí xây dựng các nhà máy sử dụng công nghệ này có thể được xác định  thông qua một số yếu tố bao gồm: gần nguồn cung cấp nguyên liệu, địa bàn dân cư và thị trường tiêu thụ sản phẩm, nguồn năng lượng (điện hoặc gaz). Nhà máy gạch gốm hiện đại, tự động hóa hoàn toàn, sử dụng công nghệ dập nóng dự kiến sẽ có tổng chi phí đầu tư thấp hơn so với nhà máy gạch gốm truyền thống.

Công nghệ này sẽ tối thiểu hóa các tác động tiêu cực tới môi trường; tiết kiệm năng lượng và tài nguyên thiên nhiên; và có thể tạo thêm việc làm, các cộng động dân cư và tiêu thụ. Vật liệu phế thải như đuôi quặng mỏ và tro bay nhiệt điện than hiện nay sẽ không bị tồn chứa mà có thể sử dụng để tạo ra các sản phẩm gốm chất lượng cao.