Xin kính chào thầy cùng toàn thể các bạn sinh viên!
Khai thác khoáng sản là một trong những ngành kinh
tế mũi nhọn của nước ta hiện nay. Bên cạnh việc đóng góp to lớn vào sự phát
triển kinh tế của đất nước thì đây cũng chính là nguyên nhân gây nên sự ô nhiễm
cho môi trường sống của con người chúng ta.
Như chúng ta cũng đã biết nhôm là một loại kim loại
có tính ứng dụng rất cao trong cuộc sống của con người ngày nay từ các vật dụng
hàng ngày cho đến các linh kiện trong máy móc. Cho nên, việc khai thác nhôm
boxit là một nguồn lợi được nhiều nước quan tâm và bên cạnh nguồn lợi đó , chất
thải bùn đỏ do quá trình khai thác thải ra dang trở thành một mối lo ngại cho
các nước đang và có dự định việc khai thác nhôm.
Hiện nay trên thế giới có các nước dang tiến hành
việc khai thác boxit như là Hungary, Trung Quốc , ...và trong đó có cả Việt Nam
chúng ta. Vào năm 2010 vừa qua đã có 1 vụ bể hồ bùn đỏ xảy ra ở Hungary đã gây
thiệt hại to lớn về tính mạng, vật chất và môi trường sống cho con người nơi đây.
Và đây chính là lời cảnh báo cho việc khai thác ở Việt Nam chúng ta.
Trong bài tiểu luận này, chúng tôi – đứng trên góc
độ của những sinh viên ngành hóa đang theo học môn Hóa môi trường muốn dùng
những kiến thức chuyên môn của mình để ứng dụng vào việc phân tích 1 đề tài môi
trường thực tế đang được dư luận quan
tâm để qua đó củng cố được những kiến thức mà giảng viên đã truyền đạt cho
chúng tôi qua môn học này. Qua đó mọi người có cái nhìn tổng quan về ô nhiễm
bùn trong quá trình khai thác nhôm gây ra.
Dù đã cố gắng và
đặt hết tâm huyết cho bài tiểu
luận này, nhưng chắc chắn sẽ không tránh
khỏi sự sai sót, chúng tôi rất mong nhận được sự góp ý từ thầy và toàn thể các
bạn. Xin chân thành cám ơn!
Trang
Chương
I
: TỔNG QUAN VỀ BAUXITE VÀ BÙN ĐỎ
Boxit hay bauxite là 1
loại quặng nhôm trầm tích có màu hồng, nâu được hình thành từ các quá trình
phong hóa các đá giàu nhôm hoặc tích tụ từ các quặng có trước bởi quá trình xói
mòn.
Hình I.1.1 : Mẫu quặng bauxite
Bo xit là tên gọi được đặt theo tên của
một ngôi làng ở miền nam nước Pháp - Les
Baux-de-Provence, và tại đây nó được nhà địa chất học là Pierre Berthier phát hiện ra
lần đầu tiên năm 1821.
Các giọt nóng
chảy boxit được sinh thành từ trong lòng đất, tự hút với nhau rồi lớn dần lên
rồi được đẩy lên bề mặt đất cùng với dăm cuội, dung nham núi lửa thành phần
bazo- kiềm trẻ( cỡ Paleogen trở lại đây). Trên mặt đất dăm, cuội, dung nham núi
lửa chứa quặng boxit và quặng sufula đa kim đi kèm sẽ bị laterit hóa, dưới mực
nước ngầm chúng lại bị Kaolinit hóa tạo thành sét – kaolin chứa dăm, cuội quặng
boxit và đa kim.
Boxit được
hình thành trên các loại đá có hàm lượng sắt thấp hoặc sắt bị rửa trôi trong
quá trình phong hóa và phải trải qua các giai đoạn sau đây:
a. Phong
hóa và nước thấm lọc vào trong đá gốc tạo ra oxit nhôm và sắt
b. Làm
giàu trầm tích hay đá bị phong hóa bởi sự rửa trôi của nước ngầm
c. Xói mòn và tái tích tụ
boxit.
Quá trình này chịu ảnh hưởng của một vài yếu tố như:
+ Đá mẹ chứa các khoáng vật dễ hòa tan và các
khoáng vật này bị rửa trôi chỉ để lại nhôm và sắt
+ Độ lỗ
hổng có hiệu của đá cho phép nước thấm qua
+ Có lượng mưa cao xen kẽ các đợt khô hạn ngắn
+ Hệ thống thoát nước tốt
+ Khí hậu nhiệt đới ẩm
+ Có mặt lớp phủ thực vật với vi khuẩn
Giá trị pH thích hợp cho
quá trình này khoảng từ 3.5- 4.
Hình I.1.2 Bản đồ phân bố Boxit trên thế giới
Hình I.1.3 Bản đồ trữ lượng Boxit trên thế giới
Quặng boxit
phân bố chủ yếu ở khu vực nhiệt đới, Caribe, Địa Trung Hải và vành đai xung
quanh xích đạo, người ta đã tìm thấy quặng boxit ở các vùng lãnh thổ như: Úc, Nam và Trung Mỹ ( Jamaica, Brazil,
Surinam, Venezuela, Guyana ), châu Phi ( Giunea), châu Á ( Ấn Độ, Trung Quốc,
Việt Nam), Kazakhstan và châu Âu ( hy Lạp).
a. Loại phong hóa
Được hình thành do quá trình Laterit hóa chỉ diễn ra trong điều
kiện nhiệt đới trên nền đá mẹ là các loại đá silicat: granit, gneiss, bazan,
syenite và đá sét. Khác với quá trình hình thành Laterit sắt, sự hình thành
boxit này đòi hỏi điều kiện phong hóa mạnh mẽ hơn và điều kiện thủy văn thoát
nước rất tốt cho phép hòa tan và rửa trôi Kaolinite và hình thành lắng đọng nên
gibbsit. Đới giàu hàm lượng nhôm nhất thường nằm ngay dưới lớp mũ sắt. Dạng tồn
tại chủ yếu của hydroxit nhôm trong boxit laterit chủ yếu là gippsit.
b. Loại trầm tích
Đây là loại
có chất lượng tốt và có giá trị công nghiệp. Loại này được hình thành bằng con
đường phong hóa Laterit trên nền đá cacbonat như đá vôi và dolomit xen kẽ các
lớp kẹp sét tích tụ do phong hóa sót hay do lắng đọng phần khoáng vật sét không
tan khi đá vôi bị phong hóa hóa học.
+ Dạng lớp phủ: Xuất hiện ở Tây Phi, Úc, Nam Mỹ, Ấn Độ. Bao gồm
các lớp bằng phẳng nằm gần bề mặt và có thể trải dài hàng km. Chiều dày từ 1m –
40m, trong các trường hợp có thể chấp nhận được thì bề dày trung bình khoảng 4m
– 6m.
+ Dạng túi: Xuất hiện ở Jamaica, Hispaniola, miền Nam
châu Âu, boxit phân bố ở độ sâu tong các võng này từ ít hơn 1m đến hơn 30m.
Trong 1 số trừng hợp, các túi này nằm riêng biệt, trong khi các khu vực khác
vùng võng chồng lấn nhau và tạo thành các mỏ lớn.
+ Dạng xen kẹp: được tìm thấy ở Hoa Kỳ, Suriname, Brazil,
Guyana, Russia, Trung Quốc, Hungary và khu vực Địa Trung Hải. Ban đầu chúng nằm
trên bề mặt sau đó bị các đá hình thành sau phủ lên, thường gặp ở các dạng đá
núi lửa. Loại này thường có kết cấu chặt chẽ hơn các loại khác do nó bị nén bởi
các lớp đá nằm trên.
+ Dạng mảnh vụn: Chỉ có các tích tụ quặng được tạo thành từ
sự xói mòn boxit (kiểu trầm tích ở trên ). Ví dụ như boxit Arkansas ở Hoa Kỳ.
I.1.4.1 Thành phần khoáng vật
Boxit tồn tại
ở 3 dạng chính tùy thuộc vào số lượng phân tử nước chứa trong nó và cấu trúc
tinh thể gồm : Gibbsit Al(OH)3
; Boehmit γ – AlO(OH); Diaspore α-
AlO(OH); cùng với các khoáng vật oxyt sắt Goethit và Hematit, các khoáng vật
sét Kaolinite và đôi khi có mặt cả Anata TiO2.
Gibbsit là
hydroxit nhôm thực sự còn Boehnit và Diaspore tồn tại ở dạng hydro nhôm oxyt.
Sự khác biệt cơ bản giữa Boehmit và Diaspore là Diaspore có cấu trúc tinh thể
khác với Boehmit, và cần nhiệt độ cao hơn để thực hiện quá trình tách nước nhanh.
|
Gibbsit
|
Boehmit
|
Diaspore
|
Thành phần
|
Al(OH)3
|
AlO(OH)
|
Al(OH)
|
Hàm lượng Alumina tối đa (%)
|
65.4
|
85.0
|
85.0
|
Hệ tinh thể
|
Đơn tà
|
Trực thoi
|
Trực thoi
|
Mật độ ( g.cm-3)
|
2.42
|
3.01
|
3.44
|
Nhiệt độ tách nước (0C)
|
150
|
350
|
450
|
Bảng I.1.4.1 Thành phần khoáng vật của Boxit
I.1.4.2 Thành phần hóa học chủ yếu của Boxit
Thành phần hóa học
|
Al2O3
|
Fe2O3
|
CaO
|
SiO2
|
TiO2
|
MgO
|
Mất khi đốt
|
Phần trăm theo khối lượng (%)
|
55.6
|
4.5
|
4.4
|
2.4
|
2.8
|
0.3
|
30
|
Bảng I.1.4 2 Thành phần hóa học chủ yếu của Boxit ( quy ra
oxyt)
Từ đây ta có thể đưa ra kết luận rằng: hydroxyt nhôm chiếm thành phần khối lượng
nhiều nhất trong quặng Boxit nên từ quặng boxit người ta có thể điều chế ra
nhôm kim loại phục vụ cho đời sống con người.
Ứng dụng chủ
yếu của Boxit là làm nguyên liệu cho công nghiệp luyện nhôm. Ngành công nghiệp sản xuất
nhôm kim loại tiêu thụ khoảng 85% quặng Boxit trên toàn thế giới. Phần Boxit
còn lại được sử dụng trong 2 lĩnh vực chính là sản xuất Alumin chuyên dụng (
10% ) bao gồm Alumin nung và Alumin hoạt hóa , và sản xuất vật liệu chịu lửa (
5%). Ví dụ như là gạch chịu lửa, xi măng chịu lửa và các vật liệu mài.
Trước khi đượ dùng để
tinh luyện ra nhôm thì Boxit đã được con người phát hiện và sử dụng từ rất lâu.
Ở Guyna người ta sử dụng
Boxit để làm vật liệu xây dựng nhà với tên gọi là “bùn nâu”. Loại vật liệu còn
được sử dụng để làm bình đựng và các
loại đồ gia dụng.
Mãi đến năm 1825, khi nhà
hóa học Đan Mạch Hans Oerstad đã tách được một lượng nhỏ nhôm từ Boxit , từ đó
về sau những quy trình tách nhôm bắt đấu
được hình thành.
Năm 1886, Charles Hall
người Mỹ và Paul Heroult trong những nghiên cứu độc lập đã đề xuất quá trình
điện phân Alumina để sản xuất ra nhôm kim loại.
Năm 1889 , Karl Bayer
giới thiệu quá trình Bayer nhằm để tách 1 lượng lớn nhôm ra khỏi quặng
Boxit. Với quy trình này cần từ 4 đến 6 tấn Boxit để sản xuất ra 2 tấn Alumina,
từ đó sản xuất ra 1 tấn nhôm.
Theo số liệu năm 1998,
tổng số diện tích khai thác Boxit là 21591ha (3929.77 acres ). Trong đó gần 80%
diện tích là khu vực sống của các loài
động vật hoang dã. 175 ha ( 432.25 acres ) là khu rừng nhiệt đới và 577 ha (
1425,19 acres ) nằm trong vùng hệ động vật quan trọng.
Tình hình sản xuất bauxit
trên thế giới được thể hiện ở bảng sau:
TT
|
Quốc gia
|
Sản lượng khai thác
|
Trữ lượng
khai thác
|
Trữ lượng ban đầu
|
2007
|
2008
|
1
|
Hoa Kỳ
|
-
|
-
|
20
000
|
40 000
|
2
|
Australia
|
62400
|
63 000
|
5 800 000
|
7 900 000
|
3
|
|
24 800
|
25 000
|
1 900 000
|
2 500 000
|
4
|
|
30 000
|
32 000
|
700 000
|
2 300 000
|
5
|
|
2 220
|
2 200
|
600 000
|
650 000
|
6
|
|
18 000
|
18 000
|
7 400 000
|
8 600 000
|
7
|
|
1 600
|
1 600
|
700 000
|
900 000
|
8
|
|
19 200
|
20 000
|
770 000
|
1 400 000
|
9
|
|
14 600
|
15 000
|
2 000 000
|
2 500 000
|
10
|
|
4 800
|
4 800
|
360 000
|
450 000
|
11
|
|
6 400
|
6 400
|
200 000
|
250 000
|
12
|
|
4 900
|
4 500
|
580 000
|
600 000
|
13
|
|
5 900
|
5 900
|
320 000
|
350 000
|
14
|
|
30
|
30
|
2 100 000
|
5 400 000
|
15
|
Các nước khác
|
7 150
|
6 800
|
3 200 000
|
3 800 000
|
16
|
Tổng cả thế giới (làm tròn)
|
202 000
|
205 000
|
27 000 000
|
38 000 000
|
Bảng I.1.6: Khai thác bauxit trên thế giới (đơn vị
tính 1000 tấn
Kết quả của cuộc thăm dò
địa chất ở Việt Nam đã phát hiện được trên lãnh thổ của chúng ta có trữ lương
quặng Boxit phân bố ở cả 2 miền Nam và Bắc. Tổng trữ lượng quặng Boxit ở Việt
Nam ước tính khoảng 8 tỷ tấn, trong đó có khoảng 7.6 tỷ tấn ở Tây Nguyên, cho
nên nước ta đứng trong số các nước có trữ lượng Boxit lớn nhất thế giới.
Quặng Boxit là tài nguyên
lớn ở nước ta , đây chính là cơ sở để đất nước chúng ta có thể hình thành công
nghiệp luyện nhôm, là nguồn lực quan trọng của quá trình công nghiệp hóa, hiện
đại háo đất nước.
Mặc dù nhôm kim loại là
sản phẩm quan trọng cho ngành kinh tế quốc dân và nước ta có sẵn nguồn nguyên
liệu và các điều kiện khác để sản xuất nhôm kim loại ( thủy điện, nhân lực,...)
nhưng hiện nay chúng ta vẫn chưa sản xuất được nhôm kim loại. Vì vậy, 1 trong những mục tiêu mà
chính phủ đề ra là xây dựng mới ngành công nghiệp nhôm Việt Nam, đáp ứng nhu
cầu nhôm trong nước, tranh thủ xuất khẩu 1 phần sang các nước chung quanh, tạo
cơ sở vật chất kỹ thuật ban đầu và đội
ngũ quản lý, kỹ thuật , đồng thời tích lũy vốn để phát triển công nghiệp nhôm
lâu dài với quy mô lớn, nhằm khai thác nguồn Boxit sẵn có để xuất khẩu các sản
phẩm Alumin và nhôm.
Ở Việt Nam phân bố chủ
yếu ở các tỉnh: Cao Bằng, Hà Giang, Lạng Sơn và Tây Nguyên. Ở các tỉnh phía Bắc
Boxit là các ổ, các phễu và dạng cột xuyên lên và giao điểm các đứt gẫy địa
chất ( chủ yếu là giao điểm của 4 đứt gãy, lấp đầy các hang động Korsto và phủ
bất chỉnh hợp lên các đá cổ hơn ( người ta thường nhầm với Boxit trầm tích )
dưới dạng các lớp dăm, cuội dung nham đã phong hóa thành sét – Kaolin chứa
quặng Boxit dạng bom, núi lửa, dạng dăm – cuội.
Ở Tây Nguyên, Boxit có
thân quặng dăm, cuội dung nham chứa Boxit dạng cột, dạng phễu và dạng dòng chảy
phủ lên đá bazan và các trầm tích cổ hơn. Phần trên mặt lộ ra trên mặt đất và
trên mực nước tĩnh, lớ dăm cuội dung nham này bị Laterit hóa rất rắn chắc,
nhưng ngay dưới lớp Laterit sẽ là đá cổ hơn, hoặc dưới mực nước tĩnh sẽ gặp “
cuội, sỏi, cát, sét – Kaolin chứa Boxit và quặng đa khoáng” giống quặng sa
khoáng.
Trong Laterit và trong
quặng sa khoáng luôn có sulfua đa kim và các khoáng vật nặng trong đó có vàng,
thiếc và có thể có vật liệu phóng xạ. Từ quan sát và phân tích thực tế, có thể
kết luận: Boxit Việt Nam nói riêng và Boxit thế giới nói chung có nguồn gốc nội
sinh kiểu á núi lửa. Quặng chỉ có ở vùng họng núi lửa và vùng phụ cận do quy mô
núi lửa và địa hình khi núi lửa phun trào quặng Boxit. Quy mô của Boxit phụ thuộc vào quy mô núi lửa mang quặng.
Ở Việt Nam có 2
loại hình quặng Boxit:
■ Loại quặng Bosmit và Diaspore:
tập trung chủ yếu ở miền Bắc Việt Nam, phân bố ở các tỉnh: Hà Giang, Cao Bằng,
Lạng Sơn, Bắc Giang,...Tổng trữ lượng dự đoán khoảng trên 350 triệu tấn, hàm
lượng nhôm dao dộng khoảng 39 – 65%. Modul Silic ( Al2O3/
SiO2 ) bằng 5 – 8. Cụ thể quặng Boxit phân bố như sau:
+ Nhóm
tụ khoáng Hà Giang : Với trữ lượng khoảng 60 triệu tấn
+ Nhóm
tụ khoáng Cao Bằng: Với trữ lượng khoảng
240 triệu tấn
+ Nhóm
tụ khoáng Hà Giang: Với trữ lượng
khoảng 50 triệu tấn
+ Mỏ
lỗ sơn ( Hải Dương ): Có trữ lượng
cấp B là 97000 tấn, trữ lượng C1 là 24000 tấn, với hàm lượng như
sau:
Al2O3: 52% Fe2O3 : 26%
SiO2 : 6.4% TiO2 : 2%
MgO
: 0.24% Mất
khi nung
CaO
: 0.53%
+
Vùng Quỳ Hợp – Quỳ Châu có tài nguyên dự tính khoảng 1 triệu tấn với hàm
lượng như sau:
Al2O3: 30 – 50%
SiO2 :
2.12 – 36 %
Fe2O3 : 18 – 30%
■ Loại quặng Gipsit: Tập
trung ở Tây Nguyên và miền Nam Việt Nam, với tổng trữ lượng ước tính khoảng 7.6
tỷ tấn.
Trữ lượng quặng Boxit đã
được thăm dò và chứng minh ở Tây Nguyên và niền Nam Việt Nam là khoảng 2772
triệu tấn. Trong đó, cụ thể là các khu vực sau:
+ Tài
nguyên vùng Đồng Nai – Phước Long khoảng 1570 triệu tấn
+ Tài
nguyên Boxit vùng Lâm Đồng tập trung ở 2 tụ khoáng là Tân Rai va Bảo Lộc.
Trữ lượng khoáng vùng Tân
Rai khoảng 57 triệu tấn C1; 120 triệu tấn C2 với hàm lượng như sau:
Al2O3: 44.69% SiO2 :
2.61%
Nói chung quặng Boxit miền Nam còn có ở các khu vực KonPlong,
Phú Yên, Quãng Ngãi với trữ lượng khoảng 106 triệu tấn. Nhìn chung Boxit Việt
Nam ở hầu hết các vùng đều có thể khai
thác lộ thiên được.
Tuy nhiên, từ những khu
mỏ lớn ở Lâm Đồng, trữ lượng còn lại đượ phân bố dàn trải , vỉa quặng không
được dày và hầu hết đều nằm trong các vùng canh tác nông, lâm
nghiệp, nên có những khó khăn nhất định trong quá trình khai thác để sản xuất quy mô lớn, do đụng
chạm trực tiếp đến việc sử dụng đất canh tác, vấn đề cân bằng nước mặt, ván đề
quặng thải, vấn đề nước thải và nói chung là vấn đề sinh thái.
Hình I.1.7: Bản đồ phân bố các khu vực có Boxit ở Việt
Nam
Có rất nhiều phương pháp để sản xuất
Alumium như phương pháp hỏa luyện, phương pháp nung boxit trong natri cacbonat,
... và một trong những phương pháp đó thì phương pháp sản xuất theo công nghệ
nhôm là tối ưu nhất và được sử dụng phổ biến nhất.
Hình I.2.1: Sơ đồ quy trình Bayer
Năm 1887 Bayer đã phát hiện rằng nhôm hydroxit kết
tủa từ dung dịch kiềm ở dạng tinh thể và có thể tách lọc , rửa dễ dàng. Trong
khi nó kết tủa bởi sự dung hòa trong axit thì ở dạng sệt và khó rửa sạch.
Đây là phương thức chính để sản xuất ra quặng
Alumina. Trong Boxit có chứa tới 30 – 54% hàm lượng là Alumina ( Al2O3
); phần còn lại là Silica, nhiều dạng oxyt sắt và dioxit titan. Trước khi
điện phân để sản xuất ra nhôm kim loại thì alumina phải được tiến hành tinh
chế.
Sản xuất nhôm theo công nghệ Bayer bao gồm các công
đoạn sau:
+ Boxit sẽ
được hòa tách trong dung dịch NaOH theo phương trình phản ứng sau:
Al2O3 +
2OH- + 3H2O → 2 [Al(OH)4]-
Nhiệt độ để thực hiện công đoạn này là từ 1700 đến
1861C, dưới áp suất từ 5 đến 6 atm.
Như vậy, lượng Al2O3 đươc
tách ra dưới dạng NaAlO2 hòa tan, phần cặn còn lại không hòa tan gọi
là bùn đỏ sẽ được thải bỏ ra ngoài.
+ Sau đó, chúng ta tiến hành hạ nhiệt độ dung dịch
tới 1 nhiệt độ thích hợp để cho nhôm hydroxit kết tủa
+ Cuối cùng chúng ta tiến hành lọc, rửa và nung
nhôm hydroxit để trở thành Al2O3: 2Al(OH)3 → Al2O3 + H2O
Như
vậy, về bản chất tự nhiên bùn đỏ về cơ bản vẫn là các nguyên tố có trong thành
phần bauxit không hoà tan trong kiềm,
nguyên tố có thêm là thành phần Na (vì sử dụng kiềm để hoà tan), hoặc Ca (nếu
công nghệ có sử dụng CaO làm chất xúc tác với lượng ít).
Phần lớn soda ở dưới dạng
liên kết hoá học (sodium-aluminum-hydrosilicate) và sử dụng soda từ liên kết
này rất khó. Còn lại, soda hoà tan được và dung dịch kiềm có trong pha lỏng hay
dòng dung dịch đáy đi cùng bùn đỏ.
|
Boké
(Guinea)
|
Weipa
(Australia)
|
Trombetas
(Brasil)
|
South Manch.
(Jamaica)
|
Darling Range (Australia)
|
Iska
(Hungary)
|
Parnasse
(Hy Lạp)
|
Nhiệt
độ hoà tách (oC)
|
240
|
240
|
143
|
245
|
143
|
240
|
260
|
Hợp
chất hoá học
|
|
|
|
|
|
|
|
Al2O3
SiO2
Fe2O3
TiO2
L.O.I.
Na2O
CaO
Khác
|
14,0
7,0
32,1
27,4
10,0
4,0
3,2
2,3
|
17,2
15,0
36,0
12,0
7,3
9,0
-
3,5
|
13,0
12.,9
52,1
4,2
6,4
9,0
1,4
1,0
|
10,7
3,0
61,9
8,1
8,4
2,3
2,8
2,8
|
14,9
42,6
28,0
2,0
6,5
1,2
2,4
2,4
|
14,4
12,5
38,0
5,5
9,6
7,5
7,6
4,9
|
13,0
12,0
41,0
6,2
7,1
7,5
10,9
2,3
|
Bảng I.2.2 Các hợp chất hóa học có trong bùn đỏ
Các hợp chất khoáng hoá
sau đây được tìm thấy trong bùn đỏ: gibbsite, boehmite, diaspore, hematite,
alumo-goethite, magnetite, maghmite, kaolinite, quarts, chamosite,
sodium-aluminium-hydrosilicats (sodalite, cancrinite, v.v…), anatase, rutile,
Ca(Mg, Al, Fe) titanates, calcium-alumo-silicate. Hai hợp chất sau cùng là đặc
tính của chất thải bùn đỏ từ chu trình hoà tách nhiệt độ cao. Bùn đỏ cũng có
nhiều hoặc ít các cấu thành không định hình.
Hợp chất (%)
|
Boké
|
Weipa
|
Trombetas
|
South Manch.
|
Darling Range
|
Iszka
|
Parnasse
|
Gibbsite
Hematite
Goethite
Cancrinite
SAHS
Sodalite
Illite
Boehmite
Diaspore
Ca-Al-Si
CaTiO2
Calcite
Quartz
Anatase
Rutile
Na-Titanates
Magnetites
Chamosite
Ilmenite
Khác
|
20,0
16,0
21,0
-
-
5,0
1,2
-
2,0
4,6
-
7,0
19,0
2,0
-
-
-
2,2
|
33,0
3,5
18,0
-
27,0
-
2,0
2,0
-
-
-
0,5
6,0
2,0
6,0
-
-
-
-
-
|
-
38,0
19,0
27,0
-
-
0,6
1,2
-
1,5
1,4
2,2
2,5
0,8
-
-
-
-
5,8
|
33,0
3,5
10,0
27,0
-
2,0
2,0
-
-
-
0,5
6,0
2,0
6,0
-
-
-
-
|
5,6
14,5
14,5
5,4
-
4,7
3,5
2,5
1,7
-
2,3
37,1
1,0
-
0,6
1,3
-
1,0
3,4
|
-
33,0
6,0
22,0
10,0
-
0,8
0,7
12,5
7,0
3,0
-
-
-
-
-
-
-
5,0
|
-
38,0
1,0
16,0
-
10,0
-
0,6
0,6
10,0
10,0
3,6
-
-
-
-
-
6,0
-
3,7
|
Bảng I.2.3 Các hợp chất khoáng hóa có trong bùn đỏ
Tỷ trọng: 2,6-3,5 t/m3;
pH: 12-13,5 (có khi tới 14); tỷ lệ lắng, Cm/Ks: 0,014-35,9 (tỷ lệ cao hơn cho
thấy có cát).
Độ phân bố cỡ hạt đặc
trưng của bùn đỏ (hạt mịn và hạt thô-cát) được trình bày tại hình I.2.4.
Hình I.2.4. Phân bố cỡ hạt mịn và thô đặc trưng của bùn đỏ
Người ta nhận thấy, 80%
bùn đỏ có hạt mịn < 10 μm, vì vậy tốc độ lắng của các phần tử mịn diễn ra
đặc biệt chậm. Tuy nhiên, với kỹ thuật tạo bọt (là chất trợ đông) thì quá trình
lắng này có thể diễn ra nhanh.
Bùn đỏ mang tính giáp
tuyến (thixotropic), nghĩa là độ nhớt giảm nhanh khi chịu tác dụng hiệu ứng cơ
như là ứng suất cắt. Giáp tuyến là một hiện tượng đảo chiều được. Nếu độ ẩm
< 28 %, bùn đỏ không có đặc tính giáp tuyến nữa.
Bùn đỏ có khuynh hướng
trở nên nứt nẻ và vỡ khi khô. Trong quá trình làm khô bùn đỏ, bụi bùn đỏ bay
lên khi có gió.
Nếu bùn đỏ được tạo ra ở
dạng vụn và đã được làm khô sẽ không bốc bụi. Mưa thấm vào các bùn khô chỉ ở
mức độ tối thiểu. Nếu dòng dung dịch đáy có hàm lượng chất rắn cao từ thiết bị
rửa hoặc thiết bị cô đặc xuất hiện thì xu hướng bốc bụi không xẩy ra
với bùn đỏ.
Bùn đỏ là chất thải độc hại nhất của nhà máy
alumin khi xử lý bauxit theo phương pháp Bayer được nêu trong sơ đồ hình 1. Để
hiểu rõ hơn về bản chất của bùn đỏ người ta thường tách nó ra thành hai pha là
pha rắn và pha lỏng để phân tích.
- Pha rắn của bùn
đỏ.
Pha rắn của bùn đỏ được
đặc trưng bởi các yếu tố chính như thành phần hóa học, khoáng vật, cỡ hạt...
- Về thành phần hóa học
Theo báo cáo tổng hợp của
UNIDO, tài liệu đã chuyển giao cho Việt Nam trong khuôn khổ dự án DPVIE 85-006,
thành phần hóa học pha rắn của bùn đỏ các Nhà máy alumin trên thế giới dao động
như trong bảng dưới đây:
Số TT
|
Thành phần hóa học
|
%
|
1
|
Al2O3
|
5-25
|
2
|
SiO2
|
1-20
|
3
|
Fe2O3
|
25-60
|
4
|
TiO2
|
1-10
|
5
|
MKN (H2O liên kết)
|
5-15
|
6
|
CaO
|
2-8
|
7
|
Na2O
|
1-10
|
Bảng I.2.5: Thành phần hóa học pha rắn của bùn đỏ
- Về thành phần khoáng vật của bùn đỏ: Về định tính thì tương tự như thành
phần của bauxit nhưng thay đổi về định lượng và có thêm hai pha mới là Na2O.Al2O3.2SiO2.nH2O
và hợp chất có thành phần dao động của CaO với các cấu tử Al2O3,
Na2O và SiO2.
- Về thành phần cỡ hạt
của bùn đỏ: Do
bauxit trước khi đưa vào hòa tách phải nghiền đến cỡ hạt nhỏ và do quá trình tự
vỡ vụn nên bùn đỏ thường có cỡ hạt từ mịn đến rất mịn. Đa phần bùn đỏ có cấp
hạt 100% dưới sàng là 100 mk, bùn đỏ (bauxit Jamaica) cấp
dưới sàng 44 mk chiếm tới 90%.
- Pha lỏng của bùn
đỏ: Pha lỏng của
bùn đỏ được đặc trưng bởi thành phần hóa học của 3 cấu tử Na2Ot
(NaOH + Na2CO3), Na2Oc (NaOH) và Al2O3.
Cũng theo tài liệu đã dẫn
ở trên, thành phần hóa học của pha lỏng có thể dao động như sau:
Na2Ot
= 0,6 - 8,0 g/l
Na2Oc
= 0,5 - 6,0 g/l
Al2O3
= 0,5 - 3,0 g/l
Như đã thấy trong bùn ở
pha rắn có Na2O ở dạng liên kết còn ở pha lỏng có Na2O
nhưng ở dạng tự do (NaOH). Na2O ở pha rắn ít độc hại còn Na2O
trong pha lỏng là chất độc hại nhất.
Hình I.2.6: Bùn đỏ ở Hungary
Hình II.1 Thảm họa bùn đỏ Hungari.
Hậu quả: Quốc vụ khanh phụ trách
môi trường Zoltan Illes cho biết tính đến ngày 6-10, tổng cộng 1,1 triệu m3 bùn
đỏ từ bể chứa chất thải của Nhà máy sản xuất nhôm Ajka Timfoldgyar ở thị trấn
Ajka đã tràn ra một khu vực rộng tới 40km2.
Dòng bùn đỏ cuốn trôi hơn 270 căn nhà, xe
cộ, phá hủy một số cây cầu. Ít nhất bốn người đã thiệt mạng, sáu người mất tích
và 123 người bị thương, phần lớn bị bỏng do hóa chất trong bùn đỏ thấm qua quần
áo. Trong số 123 người bị thương, 62 người đã được nhập viện, tám người đang
trong tình trạng nguy kịch.
Các vết thương ngoài da do bỏng hóa chất
có thể gây chết người, bởi hóa chất thấm từ từ vào xương thịt trong vòng vài
ngày.
Qua một số
thông tin trên,ta có thể biết được bùn đỏ có tác động rất lớn đến môi trường và con người:
Bùn đỏ được sản sinh ra trong quá trình
chiết xuất nhôm từ quặng bauxite. Quá trình này đòi hỏi sử dụng rất nhiều các
loại hóa chất có tính kiềm (pH từ 10 đến 13), kim loại nặng và đăc biệt là axit
nồng độ cao cùng nhiều chất độc hại đối với môi sinh khác.
Bùn đỏ không thể dễ
dàng xử lý. Trong hầu hết các quốc gia mà bùn đỏ được tạo ra, nó được bơm vào
ao bùn đỏ. Những "ao" chỉ đơn giản là khu vực đầy bùn đỏ.Và các quặng đuôi được
chứa trong các ao này khi tiếp xúc với môi trường không khí sẽ phát tán rất
xa,gây khó khăn cho công tác phục hồi môi trường khi mỏ
đã kết thúc vận
hành.
Bùn đỏ là một vấn đề vì nó chiếm diện tích và
khu vực đất này không thể dùng cho xây dựng hay làm trang trại ngay khi nó đã
khô.
Với độ kiềm lớn
kèm theo độc tính của các ion kim loại nặng, bùn đỏ có thể khiến cho đất bị
nhiễm độc không thể sử dụng trong nhiều thập kỷ.
Độc tính của kim loại
nặng cần có biện pháp khắc phục lâu dài.Bùn đỏ thực sự chứa oxit sắc,titan,oxit
nhôm,crom,..ở nồng độ rất thấp.”Những kim loại tích lũy lâu dài trong các sinh
vật sống sẽ làm thay đổi hành vi,sự phát triển,hoặc thậm chí sự sinh sản của
sinh vật” Ông Eric giải thích.
Cảnh báo về chất asen,
crôm và thủy ngân ở quá mức cho phép khi bị rò rỉ xuống sông có thể được hấp
thụ bởi cá có thể gây tổn hại lâu dài tới môi trường đã Greenpeace đưa
ra. Mức độ asen trong nước lấy từ làng Kolontar hôm 5/10/ 2010 (1 ngày sau thảm
họa) cho thấy cao hơn gấp 25 lần tiêu chuẩn an toàn và trong bùn đỏ nó còn cao
gấp đôi.
Như một ví dụ đã nêu ở trên,cơn lũ
bùn đỏ ảnh hưởng nghiêm trọng đến cuộc sống con người.Ngoài những hậu quả tức
thời mà nó mang lại,còn những hậu quả dai dẳng đeo theo nhiều số mệnh con
người.
●
Xút ăn da
Theo ông Eric Thybaud, nhà nghiên cứu
về ảnh hưởng của chất độc tới môi trường INERIS,”độ pH cao của bùn đỏ,xuất phát
từ việc xử lý quặng bauxit để sản xuất Nhôm,thực sự là vấn đề chunhs trong
tương lai,thực sự là vấn đề chính trong tương lai không xa bởi ảnh hưởng của nó
đến con người và hệ sinh thái.”
Để trích xuất alumina từ bauxit,việc
sử dụng xút thực sự là cần thiết,và đây chính là hoạt tính gây ăn da ở bùn
đỏ.Với pH >10,bùn đỏ sẽ đốt cháy các mô,tấn công vào cơ thể sống.
● Các kim loại nặng
Các nhà khoa học cho
biết, nồng độ cao chất asen và thủy ngân có trong bùn đỏ có thể gây ung thư nếu
chúng được phát tán trong không khí và thâm nhập vào hệ thống hô hấp của con
người. Cứ sản xuất được 1 tấn nhôm thì tạo ra gần 3 tấn bùn đỏ. Vì thế, để kim
loại nhôm có giá thành cạnh tranh trên sàn giao dịch quốc tế, một số nhà sản
xuất "ăn xổi ở thì" không còn cách nào khác là chôn lấp bùn đỏ để cho
thế hệ tương lai gánh hậu họa thay vì xử lý bùn đỏ theo công nghệ trung hòa
chất kiềm - pH đạt trị số 7 - với chi phí 500 USD cho 1 tấn bùn.
Vấn đề bùn đỏ vẫn là vấn
đề nan giải và cùng với các vấn đề môi trường khác đặt ra cho việc khai mỏ
bauxit lộ thiên - vấn đề bảo tồn lớp thổ nhưỡng, vấn đề tuần hoàn nước, vấn để
ảnh hưởng đến môi trường sinh thái, tác động xã hội đến cư dân bản địa, ảnh
hưởng đến nước ngầm và nước mặt, ô nhiễm không khí do bụi, ô nhiễm tiếng ồn,
mất cảnh quan.
Dung dịch bùn đỏ được chuyển về sân tách nước
và làm ráo bùn, sau đó được tiếp tục xử lý trên dây chuyền công nghệ theo 2
công đoạn sau đây:
+ Nước thải được dẫn vào bể tập trung để trung
hòa đưa độ PH từ 8-14 về 7 (trung tính).
+
Sau đó sẽ được bơm qua các bể lọc để làm trong nước, hấp phụ các hợp chất hữu
cơ, các ion kim loại nặng và khử trùng. Nước thải qua xử lý từ công đoạn này
đạt chất lượng cho phép xả thải theo QCVN/2009/BTNMT quy định đối với nước thải
công nghiệp.
Sau đó được sấy khô để nghiền thành bột mịn
rồi được phối liệu với chất phụ gia đa năng hóa cứng đất và các phụ gia xử lý
môi trường khác để tạo ra các sản phẩm vật liệu xây dựng hữu ích sạch như đã
nêu trên.
Các sản phẩm VLXD được sản sinh ra phải đạt
những yêu cầu sau đây:
- Sản phẩm được tạo hình theo khuôn mẫu sau
28 ngày sẽ đạt độ cứng tương đương với mác bê tông 400#, hoàn toàn không
bị thấm ướt, sản phẩm có chất lượng cao.
- Sản phẩm khi tiếp xúc với nước hoặc làm
việc trong môi trường nước rất bền vững, không bị rả lũa, chảy nhão trơn trượt,
không làm ô nhiễm nguồn nước tiếp xúc với sản phẩm.
- Sản phẩm có độ chống mài mòn rất cao, tính
trương nở, tính rửa lũa của các hạt sét sẽ bị khử hoàn toàn. Bùn sau khi đã
được hóa cứng không bị mài mòn, giữ nguyên màu đỏ hồng của bìn đỏ gốc Bôxít
Giải pháo được thực hiện
dựa trên lý thuyết cơ bản về cấu trúc, thành phần hóa học, thành phần địa hóa
của các khoáng sàng thành tạo nên quặng Bôxít.
Bã thải sẽ được phong hóa trở lại bằng một
chất keo tụ có độ phân cực ion rất lớn để làm cầu nối ghép các hạt soll đất là
những hạt sét với các ion kim loại và hóa cứng dần với một thời gian rất nhanh,
không quá 30 ngày.
Tuy nhiên, giải pháp được thực hiện trên một
dây chuyền công nghệ đơn giản, dễ thực hiện, rẻ tiền, chi phí đầu tư thấp,
thiết bị đơn giản, tạo ra nhiều sản phẩm định hình phong phú, sạch và thân
thiện với môi trường, dây chuyền được bố trí trên diện tích nhỏ.
Công việc lựa chọn, khảo
sát, thiết kế, thi công do những đơn vị có đủ tư cách pháp nhân đảm nhiệm,
trong quá trình thiết kế phải thông qua đánh giá tác động môi trường và đánh
giá về an toàn, thẩm định về an toàn thiết kế sơ bộ và phải được sự chấp nhận
và nghiệm thu của cơ quan chức năng của Nhà nước về an toàn và đơn vị quản lý
môi trường.
|
|
Hình
III.2.1 Hồ chứa bùn đỏ của Nhà máy alumin Tân Rai tại thị trấn Lộc Thắng, huyện Bảo Lâm, tỉnh
Lâm Đồng
|
+Trong quá trình vận
hành, xây dựng đê hồ chứa bùn đỏ theo
quy trình kỹ thuật của doanh nghiệp và quy trình kỹ thuật an toàn kho chứa chất
thải.
+ Nhân viên xây dựng đê
hồ chứa bùn đỏ phải được đào tạo chuyên nghiệp và được cấp giấy phép tư
cách.Căn cứ quy định về quản lý nguồn chất thải nguy hiểm lớn của Nhà nước, đã
xây dựng được dự án cứu trợ khẩn cấp sự cố và bảo đảm diễn tập thường xuyên.
+ Thường xuyên kiểm tra
tỷ lệ độ dốc,độ di chuyển, sập, xói mòn bởi nước chảy xuống, độ ngấm và kiểm
tra độ pH của nước trong giếng quan trắc (giếng kiểm tra) v.v…
Đối với hồ chứa bùn đỏ đã
ngừng sử dụng, nên mời những đơn vị có đủ tư cách pháp nhân đến làm thiết kế
niêm phong, triển khai công tác hoàn thổ và trồng cây xanh, và tăng cường công
tác quản lý tiếp theo.
- Tái sử dụng bùn đỏ
hiện nay
Thành phần chính của bùn
đỏ có các nguyên tố sắt, nhôm, canxi, silic, natri, titan, scandi, nitoobi,
tanta, zieconi, uraniom… Hiện nay phần lớn các nhà máy sản xuất alumin trên thế
giới đều thải bùn đỏ vào sâu đáy biển hoặc chất bằng hồ chứa. Chalco đã triển
khai nhiều đề tài nghiên cứu về tận dụng bùn đỏ và đã đạt được nhiều thành quả.
Đã triển khai thành công sản xuất xi măng phổ
thông từ bùn đỏ, xi măng giếng khoan dầu mỏ, xi măng chống axit. Nhà máy Nhôm
Sơn Đông đã sản xuất xi măng bằng công nghệ ướt và đã xử lý được 8 triệu tấn
bùn đỏ.
Tận dụng bùn đỏ và xỉ
than đá để sản xuất gạch không nung, vách tường nhẹ, gạch nhiều lỗ, các chỉ
tiêu đều vượt tiêu chuẩn ngành nghề nhà nước.
Sản xuất phân bón, sản
phẩm có tính năng có thể cải thiện kết cấu thổ nhưỡng, nâng cao chất lượng cây
trồng, giảm bớt tác hại của sâu và tăng sản lượng, nhất là đối với rau quả
xanh, sản xuất lương thực hiệu quả rõ rệt.
Sử dụng bùn đỏ sản xuất
nguyên liệu gốm sứ lọc đời mới dùng cho lọc nước và vật liệu cách nhiệt bảo vệ
môi trường. Các chỉ tiêu đều đạt yêu cầu nhà nước về chỉ tiêu nước uống thành
phố.
Một ví dụ điển hình trong
mấy năm gần đây đã tiến hành khai thác kỹ thuật sử dụng bùn đỏ làm vật liệu làm
nền móng đường: tại Quảng tây, Sơn Đông sử dụng bùn đỏ của công nghệ Bayer và
thiêu kết để làm nền đường thí điểm các chỉ tiêu đều đạt được yêu cầu làm đường
cao cấp
Lưu giữ bùn đỏ được rửa
kỹ nhất là sau khi được trung hoà một phần sẽ ngăn chặn được rủi ro lâu dài và
tiết kiệm chi phí vận hành và đầu tư. Trong bất kỳ trường hợp nào cũng nên có
sự cảnh giới mực nước ngầm trong quá trình vận hành.
Lưu giữ bùn đỏ được xem
là tối ưu, khi hệ thống rửa (có thể cả lọc) và cân bằng nước nói chung (cho chu
trình hoà tách và lưu giữ) được chú ý và tối ưu đồng thời. Cân bằng nước bị ảnh
hưởng rất lớn bởi điều kiện thời tiết (làm khô bùn đỏ tại nơi lưu giữ, nước
được tận thu và nước mưa nhiệt đới, v.v…). Thay đổi đặc biệt lớn xuất hiện
trong mùa mưa và mùa khô. Nước tràn được chuyển về nhà máy luyện alumin. Có thể
có những tình huống thời tiết rất khắc nghiệt khiến cho không thể vận hành hồ
chứa nước (thường 20-50 năm xẩy ra một lần) và cần phải xả nước từ bãi thải do
mưa quá nhiều. Trong trường hợp này nước xả ra cần phải được trung hoà.
- Phun nước trên bề mặt
bãi thải đã khô là biện pháp hữu hiệu nhất để ngăn chặn bốc bụi. Cần lưu ý bố
trí mạng vòi phun trên bề mặt
- Cày bừa bùn
Trong trường hợp những
lớp bùn đặc trên bề mặt bãi thải đã khô trong khi lớp dưới vẫn còn ướt, thì
tiến hành cày bừa đảo lớp bùn dưới và trên, như vậy ngăn chặn được bốc bụi.
Khôi phục bề mặt bãi thải
sau khi đóng cửa cũng là một biện pháp để giảm thiểu bốc bụi. Nhiều công ty đã
thành công trồng cây cỏ trên những bề mặt như vậy.
Địa điểm lưu giữ bùn đỏ
không có nguy hại về mặt phóng xạ. Bất luận thế nào, cần phải đưa ra các biện
pháp kiểm tra thường xuyên về phóng xạ của bùn đỏ ngay trong khi thiết kế quy
trình xử lý, chọn địa điểm và cả khi tận dụng bùn đỏ.
Đã có nhiều thành công
trong nghiên cứu và phát triển các ứng dụng nhằm tận dụng bùn đỏ. Ứng dụng đã
được thực hiện ở quy mô thử nghiệm hoặc thương mại. Có một số ứng dụng như sau:
Để cải tạo đất chua phèn; để khống chế các kim loại vi lượng và để giữ lại một
số chất dinh dưỡng như phốt pho trong nông nghiệp; để làm gốm sứ như là ngói,
gạch lát nhà, để làm gạch ngói nung và không nung; sử dụng trong làm đường,
trước tiên là bùn đỏ hạt thô, hoặc pha trộn với composite, thạch cao hoặc tro
bay; sử dụng trong sản xuất xi măng, vữa xi măng và gốm khoáng chất; là chất
phụ gia trong luyện ferro; là một chất độn trong công nghiệp cao su và chất
dẻo; là bột màu trong sản xuất sơn tường, vật liệu phủ; là vật liệu để gom
carbon dioxde và sulfur dioxide của khí nóng; là nguyên liệu để sản xuất chất
hấp thụ và xúc tác; là nguyên liệu để sản xuất tác nhân xử lý nước và nước thải
đô thị.
Lưu giữ bùn đỏ cần được
xem xét cùng với công nghệ luyện alumin và điều kiện thời tiết và kinh tế - xã
hội. Khi phương thức vận tải và lưu giữ bùn đỏ được lựa chọn, hệ thống rửa bùn
đỏ và cân bằng nước nói chung cần được xem xét đồng thời. Lưu ý ngăn chặn bốc
bụi và khôi phục từng bước diện tích bãi thải khi đóng cửa bãi thả
Bùn đỏ có thể được tận dụng mang lại hiệu quả
kinh tế và môi trường. Tuy nhiên, việc tận dụng bùn đỏ hiện nay vẫn chưa được
triển khai ở phạm vị rộng, cần tiếp tục đầu tư vào công nghệ mới và ứng dụng
hiệu quả để có thể tận dụng lợi ích bùn đỏ ở mức độ cao
Như vậy, bùn đỏ là chất thải không thể tránh khỏi
trong quá trình sản xuất alumin. Bùn đỏ bao gồm các thành phần không thể hòa
tan, trơ và khá bền vững trong điều kiện phong hóa như Hematit, Natrisilicat,
Aluminate, Canxi-titanat, Mono-hydrate nhôm… và đặc biệt là có chứa một lượng
xút, một hóa chất độc hại dư thừa từ quá trình sản xuất alumin. Trong quá trình
sản xuất, các nhà sản xuất sẽ phải cố gắng tối đa để thu hồi lượng xút dư thừa
cũng như các chất độc hại có trong bùn đỏ để giảm thiểu chi phí tài chính và
bảo vệ môi trường. Tuy nhiên, lượng xút dư thừa vẫn có thể gây độc hại, nguy
hiểm cho con người, vật nuôi và cây trồng nếu bị phát tán ra ngoài. Cho đến
nay, trên thế giới đã có một số công trình nghiên cứu sử dụng bùn đỏ (làm vật
liệu xây dựng…) nhưng vẫn chưa có các giải pháp hữu hiệu để giải quyết vấn đề
này.
Như
vậy, nếu các tiêu chuẩn kỹ thuật xây dựng hồ bùn đỏ không đảm bảo, nguy cơ như
vỡ đập, hoặc sự cố tràn (khi lượng mưa quá lớn đột xuất) vẫn sẽ là mối nguy
thường trực hàng ngày. Sự cố này sẽ gây ra những hậu quả khôn lường đến tính
mạng, sức khỏe, tài sản và môi trường sống của con người.
Việc
lựa chọn các phương án xử lý bùn đỏ sau thải được thực hiện tùy theo các nhà
máy alumin cụ thể, cần tuân thủ nghiêm
ngặt các quy trình khai thác và sản xuất nhôm boxit để giảm thiểu ô nhiễm môi trường sống của con người.