Vấn đề về sản xuất nguyên liệu cho vật liệu chịu lửa của Việt Nam

Vấn đề sản xuất nguyên liệu cho vật liệu chịu lửa ở nước ta Vật liệu chịu lửa (VLCL) là các vật liệu có thể làm việc lâu dài ở nhiệt độ cao, trong các môi trường khắc nghiệt khác nhau. Các vật liệu này được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp cũng như đời sống hàng ngày. Phạm vi và quy mô sử dụng chúng ngày càng mở rộng do sự phát triển của các ngành công nghiệp (hóa học, luyện kim, chế tạo máy, kỹ thuật năng lượng... ), do sự phát minh các vật liệu mới có nhiều tính chất ưu việt hơn các vật liệu đã biết. Khái niệm VLCL, do đó, bao gồm một lĩnh vực rộng các vật liệu và có thể được phân ra một cách tổng quát theo loại hợp chất hóa học tạo nên chúng. Đó là các oxyt và các tổ hợp bậc 2, 3, 4... của chúng, các cacbua, borua, silixua, nitrua và các tổ hợp của chúng, các kim loại và hợp kim chịu lửa và cuối cùng để kết hợp các ưu điểm và khắc phục các nhược điểm của từng chất người ta dùng vật liệu tổ hợp chịu lửa.

Trong công nghiệp luyện kim VLCL được sử dụng nhiều nhất: các lò cao, lò luyện thép (lò Mactanh, lò thép thổi), lò nấu luyện các kim loại màu, lò điều chế các kim loại sạch và siêu sạch,... Nhu cầu VLCL của công nghiệp luyện kim chiếm gần một nửa khốí lượng VLCL sản xuất ra trên thế giới. Có thể hình dung lượng VLCL tiêu tốn cho gang thép bằng 10% sản lượng gang thép sản xuất ra. Ngoài ra VLCL còn được sử dụng cho công nghiệp hóa chất, chế tạo máy, công nghiệp năng lượng để lót các lò nung xi măng, lò nấu thủy tinh, lò khí hóa than, các nồi hơi, lò điện... Ngày nay với sự phát triển của khoa học vật liệu, người ta còn dùng VLCL mới để chế tạo các động cơ đốt trong đoạn nhiệt (adiabatic) làm việc ở nhiệt độ cao hơn 1000 °C không cần hệ thống làm nguội để tăng hệ số tác dụng hữu ích (theo nguyên lý Carno), chế tạo các tuabin khí làm việc lâu dài ở nhiệt độ rất cao, chế tạo các buồng đốt nhiên liệu và đầu phun khí đốt của các động cơ phản lực, chế tạo vỏ tên lửa, vỏ vệ tinh. Lò phản ứng của các nhà máy điện nguyên tử đòi hỏi VLCL vừa có tác dụng hấp thụ nơtron tốt vừa chịu được nh iệt độ cao. Công nghệ chế biến các hợp chất siêu sạch cũng đòi hỏi VLCL bền với các chất hóa học liên quan để làm bình phản ứng, nồi lò, chén nung...

Lịch sử phát triển khoa học công nghệ VLCL bắt đầu từ thế kỷ XIV, khi xuất hiện các lò cao, nhưng ngành công nghiệp sản xuất VLCL dưới dạng gạch samôt thương phẩm mới có ở Đức lần đầu tiên vào năm 1810, ở Anh vào năm 1822, ở Nga vào năm 1856. Nhìn chung trên thế giới chỉ có khoảng 35 nước phát triển ngành công nghiệp VLCL, trong đó hơn một nửa sản lượng của thế giới tập trung ở Mỹ và Liên Xô cũ. Vào giữa thế kỷ XX do đòi hỏi của công nghiệp chiến tranh và sự phát triển của ngành khoa học kỹ thuật vũ trụ, các VLCL mới càng phát triển mạnh mẽ theo hướng các oxyt, cacbua, silixua, borua, nitrua, các kim loại hiếm và đất hiếm cũng như các kim loại và hợp kim chịu lửa. Gần đây nhất ở Nhật Bản và sau đó là Mỹ người ta đã sản xuất thử nghiệm thành công loại động cơ diezel đoạn nhiệt bằng vật liệu gốm chịu lửa ZrO2 ổn định bằng Y2O3. Động cơ này làm việc ở nhiệt độ trên 1000°C có hệ số tác dụng hữu ích 48%. Các động cơ đoạn nhiệt và các loại tuabin khí bằng vật liệu chịu lửa composit gốm - gốm có nhiều triển vọng thương mại hóa trong một tương lai không xa. Ở nước ta việc sử dụng VLCL cũng đã có từ lâu (dưới thời Pháp thuộc) nhưng chỉ là nhập khẩu. Một vài xưởng sản xuất nhỏ với nguyên liệu nhập từ nước ngoài nên không thể nói là đã có ngành sản xuất VLCL. Chỉ sau khi hòa bình lập lại (1954) chúng ta mới xây dựng nhà máy sản xuất gạch chịu lửa đầu tiên ở Cầu Đuống và Tuyên Quang, dùng nguyên liệu trong nước (disten Phú Thọ, cao lanh Tấn mài) để sản xuất gạch samot và cao alumin. Tuy sản phẩm ban đầu chất lượng còn kém, nhưng đã cung cấp nhiều loại cho các nhà máy trong nước sử dụng và qua đó đã tích lũy được nhiều kinh nghiệm, chất lượng sản phẩm và uy tín ngày một tăng lên. Hiện nay nhà máy gạch chịu lửa Cầu Đuống sản xuất gạch samot với hàm lượng Al2O3> 35 %, gạch cao nhôm với hàm lượng Al2O3> 48%. Và với năng lực sản xuất là 5 ngàn tấn/ năm. Ngày nay hai loại sản phẩm này của ta đã có thể cạnh tranh được với hàng nhập ngoại, đứng vững được trên thị trường trong nước. Điều đó chứng tỏ việc phát triển ngành công nghiệp vật liệu chịu lửa là một hướng đi đúng của nền công nghiệp Việt Nam. Tuy vậy, hiện nay chúng ta vẫn chưa sản xuất được các loại gạch chịu lửa đinat, basic. Nhu cầu các loại gạch này cho ngành sản xuất xi măng, luyện kim là khá lớn mà lâu nay chúng ta vẫn phải nhập ngoại với giá khoảng 8 triệu đồng/ tấn. Sắp tới chúng ta sẽ có nhà máy sản xuất gạch chịu lửa basic ở Từ Sơn với công suất 16,6 ngàn tấn/ năm nhưng tất cả thiết bị và nguyên liệu đều phải nhập ngoại. Vậy mà, như chúng ta thấy, để sản xuất các loại gạch đó, chúng ta hoàn toàn có khả năng khai thác các nguyên liệu trong nước như magiê oxyt từ nước ót (nước biển) và đolomit, alumin (từ boxit với trữ lượng 7 tỷ tấn), crômit, serpentin, caolin v.v... Để thỏa mãn nhu cầu VLCL cho các lò luyện kim, lò nung xi măng, lò nấu thủy tinh, lò luyện cốc, lò khí hóa than, lò gốm sứ, các nồi hơi, các lò điện,... chúng ta nhất thiết phải phát triển ngành công nghiệp VLCL. Điều đó chính là sự thể hiện thực tiễn đường lối của Đảng ta: phát huy nội lực, chủ động và ổn định về nguyên liệu, tận dụng tài nguyên thiên nhiên, chất xám, để tạo công ăn việc làm, tiết kiệm ngoại tệ nhập khẩu, tăng xuất khẩu. Ngoài việc tận dụng các nguyên liệu thô từ các tinh quặng, chúng ta cần sản xuất các nguyên liệu tinh khiết như magiê oxyt, alumin, crôm oxyt và xa hơn, các oxyt kim loại hiếm và đất hiếm từ nguồn tài nguyên của chúng ta. Đây là một nhiệm vụ hết sức nặng nề và khó khăn vì vốn của ta nghèo, công nghệ của ta lạc hậu, nhưng chúng ta có kinh nghiệm và tri thức tích lũy được qua hàng chục năm thăm dò tài nguyên, xây dựng ngành công nghiệp hóa chất, thực hiện các đề tài nghiên cứu triển khai, đào tạo cán bộ. Sẽ là thời điểm chín muồi và đúng hướng nếu trước mắt chúng ta xây dựng các nhà máy khai thác MgO từ nước biển (nước ót), khai thác đôlômit, chế biến alum in từ quặng boxit (cùng với dự án sản xuất nhôm), chế biến quặng crômit, khai thác TiO2, ZrO2 từ sa khoáng có ở dọc bờ biến nuớc ta. Các nhà máy này không phải chỉ phục vụ một ngành mà đa ngành. Ví dụ sản xuất MgO không chỉ cho ngành VLCL mà còn cho ngành luyện kim, vật liệu xây dựng, phân bón, hóa dược. Sản xuất Al2O3 không chỉ cho VLCL mà còn cho công nghiệp luyện nhôm, các chất xử lý nước, hóa dược... Đó là chưa kể từ sản xuất MgO chúng ta có thể khai thác tổng hợp nước biển, cải tiến cho việc làm muối có năng suất cao hơn và sản phẩm tinh khiết hơn, kết hợp khai thác KCl cho phân bón, Br cho hóa dược v, v... Việc khai thác tổng thể một mặt cho phép hạ giá thành sản phẩm, mặt khác tiết kiệm tài nguyên thiên nhiên, bảo vệ môi trường nhờ giảm chất thải. Rõ ràng việc sản xuất các nguyên liệu cho ngành VLCL từ tài nguyên thiên nhiên của nước ta chẳng những là một việc có thể mà là bức thiết cần phải làm ngay. P.T.S. NGUYỄN KHANH