Thứ Tư, 7 tháng 11, 2012

Giới Thiệu Thành Viên


1.Ngô Thị Huệ                                         0910395
2.Nguyễn Thụy Tường Vi                         0910453

Thứ Ba, 6 tháng 11, 2012

Bài Tiểu luận




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

            I.1.1 Khái niệm

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.

            I.1.2 Quá trình hình thành boxit

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.

            I.1.3   Sự phân bố của boxit



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).

Có 2 loại mỏ boxit:

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.

Thân quặng boxit tồn tại ở 4 dạng:

  + 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    Thành phần của Boxit

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.

            I.1.5  Ứng dụng của Boxit

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.

            I.1.6 Lịch sử khai thác Boxit

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
Braxin
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

 

            I.1.7   Tiềm năng quặng Boxit ở Việt Nam

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


            I.2.1  Quá trình hình thành của bùn đỏ

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.

● Công nghệ sản xuất nhôm theo Bayer


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).

            I.2.2 Hợp chất hoá học của bùn đỏ

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







Al2O
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

            I.2.3 Hợp chất khoáng hoá của 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

            I.2.4  Đặc tính vật lý của 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.

            I.2.5  tính chất của 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.




III.1 Quy trình công nghệ xử lí bùn đỏ

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

III.3 Khắc phục sự tác động của bùn đỏ tới môi trường sống

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.