chương 4 khai thác bô-xit, sản xuất alumin và vấn đề bùn đỏ

 Alumin xuất hiện trong tự nhiên dưới dạng hợp chất với khoáng chất khác ví dụ như trong quặng bô-xit, đất sét, mica…  Ô-xít nhôm còn xuất hiện gần như nguyên chất dưới dạng tinh thể

Chương 4: Khai thác bô-xit, sản xuất

alumin và vấn đề bùn đỏ

(hematite Fe2O3 và goethite HFeO2),

o-xit silic SiO2, o-o-xit titan TiO2, caolinit 

Al 2 Si 2 O 5 (OH) 4 , sét và các tạp chất khác

Bô-xit được đặt theo tên làng Le Baux

nằm ở phía Nam nước Pháp, nơi mà bô-xit được tìm thấy đầu tiên vào năm 1821 bởi

4.2 Các loại Bô-xit

Có 3 loại bô-xit:

 Gibbsite, Boehmite và Diaspore

Gibbsite khác với boehmite và diaspore về:

 Thành phần hóa học vì gibbisite chứa

hydoxit nhôm (aluminium hydroxide)

Al(OH)3 còn boehmite và diaspore chứa ô-xit hydroxit nhôm (aluminium oxide

hydroxide) AlO(OH)

 Do đòi hỏi năng lượng lớn hơn trong

quá trình tách ô-xit nhôm từ quặng bô xít

nên quặng bô-xit loại boehmite và diaspore được coi là có chất lượng thấp hơn so với

quặng bô-xit loại gibbsite

 Hầu hết bô-xit được khai thác hiện nay trên thế giới là loại gibbsite

 Bô-xit ở miền Trung và Tây Nguyên của nước

ta là loại gibbsite

 Bô-xit ở các tỉnh phía Bắc như Lạng Sơn, Cao Bằng là diaspore

 Trung Quốc chỉ có bô-xit boehmite và

diaspore mà không có bô-xit gibbsite vì vậy các nhà máy sản xuất alumin của Trung Quốc phải nhập bô-xit gibbsite từ Indonesia

4.3 Alumin là  gì?

 Alumin (phiên âm tiếng Pháp của

từ “alumine”) và alumina (phiên âm tiếng Anh của từ “alumina”) là tên gọi khác của ô-xit nhôm Al2O3

 Alumin xuất hiện trong tự nhiên dưới dạng hợp chất với khoáng chất khác ví dụ như trong quặng bô-xit, đất sét, mica…

 Ô-xít nhôm còn xuất hiện gần như nguyên chất dưới dạng tinh thể được gọi là

Corundum có độ trong suốt cao là đá quý, màu đỏ được gọi là ruby, không màu và

xanh được gọi là saphia

4.4 Công dụng của alumin và corundum

 Alumin ngoài công dụng lớn nhất là

nguyên liệu để sản xuất nhôm kim loại, nó còn được dùng để sản xuất vật liệu xây

dựng và vật liệu chịu lửa như bột mài, đá mài, gạch chịu lửa gốm sứ, thủy tinh…

 Đá quý như ruby và saphia có giá trị rất

cao trong ngành chế tác trang sức và mỹ nghệ Corundum không trong suốt có giá trị thấp thì được nghiền nhỏ làm bột mài hoặc sử dụng làm tranh đá quý như ở Việt

4.5 Khai thác bô-xit

 80 % lượng bô-xit trên thế giới được khai thác lộ thiên từ các mỏ dạng vỉa (blanket deposits), còn lại từ khai thác hầm lò (chủ yếu từ các mỏ ở

Nam châu Âu và Hungary)

 Chiều dầy lớp phủ có thể từ 0 cho tới 70 m,

chiều dầy thân quặng dao động từ 1 m đến 40

m

 Các mỏ bô-xit ở Lâm Đồng, Đăk Nông có dạng vỉa gồm những thân quặng dầy 4-5 m phân bố chủ yếu ở khu vực đỉnh đồi và có chiều dầy lớp phủ từ 0 – 3 m

Quy trình công nghệ  khai thác bô-xit

lộ thiên tương đối đơn giản:

1) Phá lớp phủ thực vật

2) Bóc lớp đất phủ (lưu giữ gần nơi khai thác)

3) Bô-xit (quặng thô) được đào và xúc

bằng máy xúc và sau đó được vận chuyển bằng ô-tô và băng tải tới phân xưởng

tuyển rửa (washing plant).

4) Sau khi được tuyển rửa bô-xit (quặng tinh hay quặng cô đặc) được vận chuyển bằng băng tải về nhà máy tinh luyện

alumin (alumina refinery)

Để có thể hình dung được mức độ sử dụng đất trong khai thác bô-xit ta có thể lấy ví dụ tính toán cho diện tích 1 km² của  mỏ Gia Nghĩa như sau:

 Lấy hình vuông cạnh 1000 m và diện tích 1 km² Với chiều dầy thân quặng trung bình 4 m thì ta có thể đào

được 4 triệu m³ (1000 m × 1000 m × 4 m) bô-xit (quặng thô)

 Với trọng lượng riêng trung bình của bô-xít là 1,6 tấn/ m³ thì khối lượng bô-xit có thể khai thác trên 1 km² là

khoảng 6,4 triệu tấn quặng nguyên khai

 Với độ thu hồi tinh quặng sau tuyển rửa là 42,54 % thì ta có tổng lượng quặng tinh thu được trên 1 km² là 2,7 triệu tấn.

 Với hàm lượng ô-xit nhôm trung bình là 49,74% thì với 2,7 triệu tấn quặng tinh này ta có thể sản xuất được

khoảng 1,3 triệu tấn alumin

Nói cách khác việc khai thác bô-xit trên một diện tích 1

km² có thể đủ cung cấp cho hoạt động của một nhà máy sản xuất alumin công suất 600.000 tấn/ năm trong hơn 2 năm

4.5.1 Tuyển rửa  bô-xit

để tăng hàm lượng khoáng chất  được gọi

là quá trình làm giàu quặng (beneficiation

process)

là phương pháp tuyển rửa bằng nước

(washing process) Phương pháp tuyển rửa

áp dụng cho các loại bô-xít có chứa nhiều

tạp chất có thể tan trong nước như bùn sét

đối cao vì vậy cần được tuyển rửa trước khi đưa vào quá trình tinh luyện (refinery

process) để tách alumin.

 Trong quá trình tuyển rửa, quặng được

sàng tuyển và rửa bằng nước, bùn sét hòa tan trong nước và quặng có độ hạt nhỏ

hơn khe hở của lưới sàng được thải ra một

hồ chứa.

 Quặng thải sau quá trình tuyển rửa được gọi là quặng đuôi (tailing) Quặng đuôi sẽ lắng trong hồ chứa quặng đuôi, còn nước

sẽ được thu hồi đề tái chế sử dụng lại

 Theo kết quả nghiên cứu tính khả tuyển

của bô-xit mỏ Gia Nghĩa, với lưới sàng có đường kính lỗ 1 mm, độ thu hồi của quá

trình tuyển rửa là 51,13 %, hàm lượng

ô-xit nhôm tăng từ 40,3 % (của quặng

nguyên khai) lên 50,51% (của quặng tinh)

 Quá trình tuyển rửa là cần thiết vì nó giảm chi phí vật tư (đặc biệt là xút NaOH) và chi phí vận hành trong công đoạn hòa tách và đồng thời giảm lượng bùn đỏ thải ra ở

công đoạn hòa tách.

 Cần nhấn mạnh rằng nước thải chứa

quặng đuôi cũng có màu đỏ nhưng không phải là bùn đỏ (red mud) Do không chứa hóa chất nên nước bùn chứa quặng đuôi không phải là chất thải độc hại

 Với hệ số thu hồi 50 % thì cứ 2 tấn quặng nguyên khai thì ta thu hồi được 1 tấn

quặng tinh và thải ra 1 tấn quặng đuôi

 Như vậy nếu quặng đuôi được thải ra một

hồ chứa có độ sâu trung bình 4 m (bằng chiều dầy trung bình của thân quặng bô- xit) thì diện tích hồ chứa cần phải bằng

50 % diện tích mỏ đã được khai thác

Vì vậy hồ chứa quặng đuôi phải có độ sâu tương đối lớn để giảm diện tích chiếm đất của hồ chứa Lượng nước cần có cho quá trình tuyển rửa cũng là một vấn đề cần

phải xem xét trong việc thu xếp nguồn

cung cấp nước cho sản xuất.

4.5.2 Các công đoạn của quá trình sản

xuất alumin

 Bản chất của quá trình sản xuất alumin là việc tách ô-xit nhôm ra khỏi quặng bô-xit

 Quy trình công nghệ để tách ô-xit nhôm

ra khỏi quặng bô-xit được phát minh bởi

Karl Bayer năm 1887 và do vậy quy trình

này được đặt tên là quy trình Bayer

 Quy trình Bayer gồm 3 công đoạn: 1/ Hòa tách (digestion); 2/ Kết tủa (precipitation) và 3/ Nung (calcinations).

Công đoạn hòa tách (digestion)

 Quặng bô-xit được nghiền  nhỏ và trộn với xút (NaOH) trong thùng chứa ở nhiệt độ và

áp suất cao.

 Ở nhiệt độ và áp suất cao hydroxit nhôm

hòa tan trong xút thành aluminat natri

(sodium aluminate) NaAl(OH)4 nổi lên trên còn các thành phần khác không bị hòa tan như ô-xit sắt, ô-xit silic, ô-xit titan và các

tạp chất khác thì lắng xuống dưới và được thải qua đáy thùng

 Chất thải này được gọi là quặng bô-xit thải (bauxite residue) hay bùn đỏ (red mud) vì

có chứa ô-xit sắt và có dạng sền sệt Bùn

đỏ được rửa bằng nước để thu hồi xút trước khi được thải ra bãi thải Bùn đỏ được thải ở dạng lỏng thì được gọi là thải ướt và ở dạng

cô đặc thì gọi là thải khô

Phản ứng hóa học của quá trình hòa tách đối với bô-xit loại gibbsite:

 Al(OH) 3 + Na + + OH - —> Al(OH) 4- + Na +  

 Hoặc : Al 2 O 3 3H 2 O + 2NaOH —> 2NaAlO 2 + 4H 2 O

Công đoạn này còn có  thể được gọi

là công đoạn “tiêu hóa”  theo đúng nghĩa của từ “digestion” vì nó  giống quá trình tiêu hóa thức ăn trong hệ  tiêu hóa của

con người (thức ăn được nghiền bằng răng

và dạ dầy và đưa vào ruột, ở đó các chất dinh dưỡng được hấp thụ còn cặn bã thì

được thải qua ruột già ra ngoài).

Công đoạn kết tủa (precipitation)

Dung dịch chứa aluminat natri NaAl(OH)4 được lọc sạch trước khi được đưa sang

công đoạn kết tủa Công đoạn kết tủa thực chất là một quá trình ngược của quá trình hòa tách

 Phản ứng hóa học của quá trình kết tủa là:

 Al(OH)4- + Na+ —> Al(OH)3 + Na+ + OH- Với các mầm kết tủa là các hạt ô-xit nhôm, hydoxit nhôm Al(OH)3 kết tinh và lắng

xuống đáy thùng.

Công đoạn nung (calcination)

Hydroxit nhôm Al(OH)3 từ công đoạn kết tủa được đưa sang một lò nung để tách nước và thu được ô-xit nhôm:

2Al(OH)3 —> Al2O3 + 3H2O

Quá trình sản

xuất alumin

được mô tả ở

sơ đồ:

4.6 Bùn  đỏ, lưu giữ và xử lý bùn đỏ

trong quá trình sản xuất alumin Ngoài

những thành phần vốn có trong quặng xit như ô-xit săt, ô-xit silic, ô-xit titan và

bô-các tạp chất khác bùn đỏ còn có chứa một lượng nhỏ xút NaOH và dung dịch aluminat natri mà không thể thu hồi hết được

 Số liệu dưới đây cho ta khái niệm chung về thành phần hóa học của bùn đỏ:

Những vấn  đề cần được quan tâm

trong việc lưu giữ  và xử lý bùn đỏ

a Việc lưu giữ  bùn đỏ chiếm một diện tích đất tương đối lớn

Lượng bùn đỏ thải ra trên một tấn

alumin thành phẩm có thể dao động từ 0,3 tấn đối với bô-xít chất lượng cao và 2,5 tấn đối với bô-xít chất lượng thấp Đối với bô-xit của mỏ Gia Nghĩa (Đăk

Nông) có hàm lượng ô-xit nhôm trung bình là khoảng 50% thì cứ 1 tấn alumin được sản xuất thì có 1 tấn bùn đỏ được thải ra hồ chứa

Nói cách khác, cứ 4 tấn quặng nguyên khai được khai thác thì phải thải ra hồ chứa 1 tấn bùn đỏ

Từ đó suy ra là nếu hồ chứa bùn đỏ có chiều sâu trung bình 4 m (bằng chiều dầy trung bình của thân quặng bô-xit) thì diện tích hồ chứa bùn đỏ bằng ¼ diện tích khu vực mỏ đã được khai thác

Để giảm diện tích chiếm đất hồ chứa bùn đỏ vì vậy cần phải có độ sâu lớn Đối với phương pháp thải ướt (wet disposal), độ sâu tối đa của hồ

chứa là 20 m Đối với phương pháp thải khô

nhiều lớp (dry stacking disposal), độ sâu tối đa

có thể đạt tới 60 m.

b Việc cô lập bùn đỏ ngăn không cho rò rỉ

xuống đất hay khuếch tán ra môi trường

xung quanh

cao (pH >12.5), vì vậy bùn đỏ cần phải được

cô lập trong hồ chứa không cho rò rỉ hay

khuếch tán ra môi trường xung quanh

ta xây dựng hồ chứa chống thấm hai lớp bao gồm một lớp đất sét dầy 0.5 m và một lớp

vải nhựa PVC hoặc HDPE dầy 1.5 mm kết

hợp với một hệ thống ống đặt trên lớp vải

nhựa để thu hồi xút và dung dịch aluminat

Dưới đây là ảnh chụp cảnh thi công rải lớp vải nhựa

chống thấm cho hồ bùn đỏ.

 Do có nhiều hạt mịn nên khi

khô bùn đỏ trên bề mặt dễ bị  khuếch tán vào không khí. 

 Để ngăn các hạt bùn  đỏ khô khuếch tán vào không khí người ta bố  trí một

hệ thống vòi phun nước quay

(sprinklers system) để đảm bảo độ ẩm bề mặt của lớp bùn đỏ đã khô

Sơ đồ phương pháp thải khô nhiều lớp

của Alcoa of Australia

c Tận dụng bùn đỏ

 Bùn đỏ được trung hòa (khi giảm được độ pH)

có thể được tận dụng cho nhiều mục đích

khác nhau Đã có nhiều phương pháp trung

hòa bùn đỏ được áp dụng bao gồm trung hòa bùn đỏ bằng nước biển hay khí cac-bo-nic

CO2

 Bùn đỏ sau khi được trung hòa có thể được sử dụng làm vật liệu xây dựng, phân bón Người

ta có thể trồng cây trên hồ chứa bùn đỏ đã

được trung hòa

So sánh giữa thải ướt và thải khô

 Mọi cơ sở tinh luyện khoáng sản đều thải bùn ra thiên nhiên

 Khai thác bô–xít cũng sinh ra phế liệu dưới dạng bùn Bùn này thường được gọi là bùn

đỏ Bùn đỏ là cặn bã các dung dịch dùng

để xử lý quặng và tinh luyện thành sản

phẩm trung gian

 Bùn là hỗn hợp những hạt sạn và vật lỏng Vật lỏng có chứa những chất hóa học của dung dịch

 Trước khi thải bùn ra thiên nhiên, người ta tìm

cách lấy lại tối đa vật lỏng để tái sinh những chất hóa học của dung dịch

 Phần vật lỏng còn bám với bùn được thải ra có

giá trị kinh tế thấp hơn là chi phí của quy trình

thu hồi triệt để nó

 Người ta có thể xấy bùn cho đến khi bùn khô

Như thế những chất hóa học sẽ bay ra khỏi bùn cùng với hơi nước và được tụ lại để được tái sinh

 Phương pháp này được coi là an toàn, chiếm ít

dung tích để chôn vùi, tiết kiệm chất hóa học

dùng trong quy trình xử lý quặng, nhưng tốn

Thải “khô” là bơm bùn ra hồ chứa với hàm

lượng chất rắn rất cao, tiết kiệm diện tích bãi

chứa nhưng đòi hỏi công nghệ phức tạp.

Thải “ướt” là bơm bùn ra hồ chứa với hàm lượng chất rắn thấp hơn (chất lỏng >54,4%, chất rắn

<45,6%), đỡ tốn kém, nhưng rủi ro xảy ra sự cố

coi là vô hại Nếu khác nhiều với 7 thì phải

trung hòa axid hay kiềm của bùn trước khi đổ vào hố Lẽ dĩ nhiên những chất hóa học dùng

để trung hòa bùn là một chi phí làm tăng giá

thành của sản phẩm và, để tiết kiệm, các xí

nghiệp thường vi phạm tiêu chuẩn về pH

những phế liệu thải ra thiên nhiên

Nếu không xử lý:

độc hại như xút NaOH và dung dịch aluminat

natri thường không thể thu hồi hết được Bùn đỏ nếu dính vào da sẽ gây bỏng nguy hiểm cho con người (vì đây là một dạng bỏng hoá học).

các cỡ hạt khác nhau, trong đó có pha cỡ hạt

siêu nhỏ gồm các kim loại nặng độc hại sẽ ngấm xuống đất, còn các pha cỡ hạt lớn lại không thể liên kết lại với nhau khi gặp mưa rất nguy hiểm,

dễ bị trôi lấp

thuỷ điện, phải chịu lực do áp lực thuỷ tĩnh của bùn đỏ ướt tạo ra, nên rất kém an toàn Bùn đỏ

có thể gây ra sự cố nghiêm trọng (ăn mòn, dẫn đến làm hỏng) đường ống dẫn khí hay đường sắt

nguồn nước hạ lưu khi bể chứa bị vỡ

Từ tai hoạ bùn đỏ ở Hungary, nghĩ tới bôxít Tây

Nguyên

 Ngày 4.10.2010, đập hồ chứa bùn đỏ tại mỏ khai thác và chế biến bôxít ở Ajka, Hungary

đã bị vỡ Gần 1 triệu m3 bùn đỏ đã tràn

xuống phủ một diện tích 40km2 và làm tan

hoang nhiều khu dân cư

 Có nơi lũ bùn đỏ với độ dày tới 2m đã nhấn

chìm mọi thứ Báo chí Hungary cho biết, đến

ngày 7.10, đã có bốn người chết, 123 người bị thương và còn năm người được coi là mất tích

Ba tỉnh của Hungary đã bị đặt trong tình trạng báo động môi trường, ba con sông bị đe doạ,

bùn đỏ đã lan xuống sông Rába và đe doạ sông Duna Đây là thảm hoạ môi trường lớn nhất ở Hungary

Cơn lũ bùn đỏ

“Biểu tượng của sức mạnh”: đoạn vách chắn

bị vỡ của bể chứa

Cơn lũ bùn đỏ đi qua các làng mạc Ảnh:

index.hu

Nhà cửa của người dân phủ đầy bùn đỏ

Ảnh: Reuters

Lấy mẫu bùn đỏ gần thị trấn Ajkai Ảnh:

Reuters

Bụi bùn khô nguy hại

 Sau mấy ngày, bùn đỏ khô đã trở thành mối nguy hiểm mới: Viện Hàn lâm Khoa học Hungary cho biết, tác dụng phụ nguy hiểm nhất của lũ bùn đỏ lại chính là khi bùn đã khô, bụi nhiễm chất kiềm có thể gây bệnh nặng khi xâm nhập đường hô hấp của con người

Nước nhiễm hóa chất từ dự án bôxit Tân Rai chảy ra môi trường với bọt trắng xóa - Ảnh:

LÊ DUNG

Nước nhiễm xút từ công trình bôxit Tân Rai chảy ra môi trường - Ảnh: LÊ DUNG

 Ông Nguyễn Hoài Anh, trưởng Phòng

TN-MT huyện Bảo Lâm, cho biết: “Ước tính có khoảng 200ha đất trồng cà phê, trà và ao nuôi cá của người dân bị ảnh hưởng Khi

nhận được tin báo của người dân, chúng

tôi đã đến kiểm tra Lần theo nguồn nước thì xác định được nước chảy ra từ cửa xả

nước của đường cống ngầm khu vực nhà

máy Qua kiểm tra bước đầu, độ pH trong mẫu nước lấy tại miệng cống cao vượt tiêu chuẩn cho phép (pH=12,6 so với quy

chuẩn Việt Nam là từ 6-9) Cũng may nhiều ngày qua trên địa bàn luôn có mưa nên

nguồn nước nhiễm độc đã được pha loãng đáng kể”

KHAI THÁC DẦU KHÍ: LỢI ÍCH VÀ HẬU

QUẢ

 Theo tính toán của các chuyên gia, chỉ tính riêng trữ lượng dầu khí ngoài khơi miền nam Việt Nam có thể chiếm 25% trữ lượng dầu dưới đáy biển Đông

thùng 159 lít) khoảng 20 triệu tấn/năm Đây là nguồn năng lượng chính đảm bảo cho sự phát triển của nước ta.