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

Chương 4: Khai thác bô-xit, sản xuất Chương 4: Khai thác bô-xit, sản xuất alumin và vấn đề bùn đỏ alumin và vấn đề bùn đỏ 4.1 4.1 Bô-xit là gì? Bô-xit là gì? Bô-xit (tiếng Pháp của từ “bauxite”) hay booc- Bô-xit (tiếng Pháp của từ “bauxite”) hay booc- sait (tiếng Anh của từ bauxite”) là một loại sait (tiếng Anh của từ bauxite”) là một loại quặng nhôm (aluminium ore) có thành phần quặng nhôm (aluminium ore) có thành phần chính là hydroxit nhôm Al(OH)3 hoặc o-xit chính là hydroxit nhôm Al(OH)3 hoặc o-xit hydroxit nhôm AlO(OH) và các loại ô-xit khác hydroxit nhôm AlO(OH) và các loại ô-xit khác như ô-xít sắt (hematite Fe2O3 và goethite như ô-xít sắt (hematite Fe2O3 và goethite HFeO2), o-xit silic SiO2, o-xit titan TiO2, HFeO2), o-xit silic SiO2, o-xit titan TiO2, caolinit Al caolinit Al 2 2 Si Si 2 2 O O 5 5 (OH) (OH) 4 4 , sét và các tạp chất khác. , sét và các tạp chất khác. Bô-xit được đặt theo tên làng Le Baux nằm ở Bô-xit được đặt theo tên làng Le Baux nằm ở phía Nam nước Pháp, nơi mà bô-xit được tìm phía Nam nước Pháp, nơi mà bô-xit được tìm thấy đầu tiên vào năm 1821 bởi nhà địa chất thấy đầu tiên vào năm 1821 bởi nhà địa chất Piere Berthier Piere Berthier 4.2 Các loại Bô-xit 4.2 Các loại Bô-xit Có 3 loại bô-xit: Có 3 loại bô-xit:  Gibbsite, Boehmite và Diaspore. Gibbsite, Boehmite và Diaspore. Gibbsite khác với boehmite và diaspore về: Gibbsite khác với boehmite và diaspore về:  Thành phần hóa học vì gibbisite chứa hydoxit Thành phần hóa học vì gibbisite chứa hydoxit nhôm (aluminium hydroxide) Al(OH)3 còn nhôm (aluminium hydroxide) Al(OH)3 còn boehmite và diaspore chứa ô-xit hydroxit nhôm boehmite và diaspore chứa ô-xit hydroxit nhôm (aluminium oxide hydroxide) AlO(OH) (aluminium oxide hydroxide) AlO(OH)  Do đòi hỏi năng lượng lớn hơn trong quá trình Do đòi hỏi năng lượng lớn hơn trong quá trình tách ô-xit nhôm từ quặng bô xít nên quặng bô- tách ô-xit nhôm từ quặng bô xít nên quặng bô- xit loại boehmite và diaspore được coi là có chất xit loại boehmite và diaspore được coi là có chất lượng thấp hơn so với quặng bô-xit loại lượng thấp hơn so với quặng bô-xit loại gibbsite. gibbsite.  Hầu hết bô-xit được khai thác hiện nay trên thế Hầu hết bô-xit được khai thác hiện nay trên thế giới là loại gibbsite. giới là loại gibbsite.  Bô-xit ở miền Trung và Tây Nguyên của nước ta Bô-xit ở miền Trung và Tây Nguyên của nước ta là loại gibbsite là loại gibbsite  Bô-xit ở các tỉnh phía Bắc như Lạng Sơn, Cao Bô-xit ở các tỉnh phía Bắc như Lạng Sơn, Cao Bằng là diaspore. Bằng là diaspore.  Trung Quốc chỉ có bô-xit boehmite và diaspore Trung Quốc chỉ có bô-xit boehmite và diaspore mà không có bô-xit gibbsite vì vậy các nhà máy mà không có bô-xit gibbsite vì vậy các nhà máy sản xuất alumin của Trung Quốc phải nhập bô- sản xuất alumin của Trung Quốc phải nhập bô- xit gibbsite từ Indonesia. xit gibbsite từ Indonesia. 4.3 Alumin là gì? 4.3 Alumin là gì?  Alumin (phiên âm tiếng Pháp của từ “alumine”) Alumin (phiên âm tiếng Pháp của từ “alumine”) và alumina (phiên âm tiếng Anh của từ và alumina (phiên âm tiếng Anh của từ “alumina”) là tên gọi khác của ô-xit nhôm “alumina”) là tên gọi khác của ô-xit nhôm Al2O3. Al2O3.  Alumin xuất hiện trong tự nhiên dưới dạng hợp Alumin xuất hiện trong tự nhiên dưới dạng hợp chất với khoáng chất khác ví dụ như trong chất với khoáng chất khác ví dụ như trong quặng bô-xit, đất sét, mica… quặng bô-xit, đất sét, mica…  Ô-xít nhôm còn xuất hiện gần như nguyên chất Ô-xít nhôm còn xuất hiện gần như nguyên chất dưới dạng tinh thể được gọi là Corundum có độ dưới dạng tinh thể được gọi là Corundum có độ trong suốt cao là đá quý, màu đỏ được gọi là trong suốt cao là đá quý, màu đỏ được gọi là ruby, không màu và xanh được gọi là saphia ruby, không màu và xanh được gọi là saphia . . 4.4 Công dụng của alumin và corundum 4.4 Công dụng của alumin và corundum  Alumin ngoài công dụng lớn nhất là nguyên Alumin ngoài công dụng lớn nhất là nguyên liệu để sản xuất nhôm kim loại, nó còn được liệu để sản xuất nhôm kim loại, nó còn được dùng để sản xuất vật liệu xây dựng và vật liệu dùng để sản xuất vật liệu xây dựng và vật liệu chịu lửa như bột mài, đá mài, gạch chịu lửa. chịu lửa như bột mài, đá mài, gạch chịu lửa. gốm sứ, thủy tinh… gốm sứ, thủy tinh…  Hydroxit nhôm Al(OH)3 – sản phẩm họ hàng Hydroxit nhôm Al(OH)3 – sản phẩm họ hàng của alumin được sử dụng trong công nghệ lọc của alumin được sử dụng trong công nghệ lọc nước. Hiện nay Công ty Hóa Chất Cơ Bản Miền nước. Hiện nay Công ty Hóa Chất Cơ Bản Miền Nam đang sản xuất hydroxit nhôm và alumin Nam đang sản xuất hydroxit nhôm và alumin để xuất khẩu và cung cấp cho thị trường trong để xuất khẩu và cung cấp cho thị trường trong nước. nước.  Đá quý như ruby và saphia có giá trị rất cao Đá quý như ruby và saphia có giá trị rất cao trong ngành chế tác trang sức và mỹ nghệ. trong ngành chế tác trang sức và mỹ nghệ. Corundum không trong suốt có giá trị thấp thì Corundum không trong suốt có giá trị thấp thì được nghiền nhỏ làm bột mài hoặc sử dụng làm được nghiền nhỏ làm bột mài hoặc sử dụng làm tranh đá quý như ở Việt Nam. tranh đá quý như ở Việt Nam. 4.5 Khai thác bô-xit 4.5 Khai thác bô-xit  80 % lượng bô-xit trên thế giới được khai thác lộ thiên 80 % lượng bô-xit trên thế giới được khai thác lộ thiên từ các mỏ dạng vỉa (blanket deposits), còn lại từ khai từ các mỏ dạng vỉa (blanket deposits), còn lại từ khai thác hầm lò (chủ yếu từ các mỏ ở Nam châu Âu và thác hầm lò (chủ yếu từ các mỏ ở Nam châu Âu và Hungary). Hungary).  Chiều dầy lớp phủ có thể từ 0 cho tới 70 m, chiều dầy Chiều dầy lớp phủ có thể từ 0 cho tới 70 m, chiều dầy thân quặng dao động từ 1 m đến 40 m. thân quặng dao động từ 1 m đến 40 m.  Các mỏ bô-xit ở Lâm Đồng, Đăk Nông có dạng vỉa 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 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. khu vực đỉnh đồi và có chiều dầy lớp phủ từ 0 – 3 m. Quy trình công nghệ khai thác bô-xit lộ thiên Quy trình công nghệ khai thác bô-xit lộ thiên tương đối đơn giản: tương đối đơn giản: 1) Phá lớp phủ thực vật 1) Phá lớp phủ thực vật 2) Bóc lớp đất phủ (lưu giữ gần nơi khai thác) 2) Bóc lớp đất phủ (lưu giữ gần nơi khai thác) 3) Bô-xit (quặng thô) được đào và xúc bằng 3) Bô-xit (quặng thô) được đào và xúc bằng máy xúc và sau đó được vận chuyển bằng ô-tô máy xúc và sau đó được vận chuyển bằng ô-tô và băng tải tới phân xưởng tuyển rửa và băng tải tới phân xưởng tuyển rửa (washing plant). (washing plant). 4) Sau khi được tuyển rửa bô-xit (quặng tinh 4) Sau khi được tuyển rửa bô-xit (quặng tinh hay quặng cô đặc) được vận chuyển bằng băng hay quặng cô đặc) được vận chuyển bằng băng tải về nhà máy tinh luyện alumin (alumina tải về nhà máy tinh luyện alumin (alumina refinery). refinery). Để có thể hình dung được mức độ sử dụng đất trong khai thác 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 bô-xit ta có thể lấy ví dụ tính toán cho diện tích 1 km² của mỏ Gia Nghĩa như sau: Gia Nghĩa như sau:  Lấy hình vuông cạnh 1000 m và diện tích 1 km². Với chiều 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 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). 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 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 thì khối lượng bô-xit có thể khai thác trên 1 km² là khoảng 6,4 triệu tấn quặng nguyên khai. triệu tấn quặng nguyên khai.  Với độ thu hồi tinh quặng sau tuyển rửa là 42,54 % thì ta 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. 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 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 quặng tinh này ta có thể sản xuất được khoảng 1,3 triệu tấn alumin. triệu tấn alumin. Nói cách khác việc khai thác bô-xit trên một diện tích 1 km² có 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 thể đủ cung cấp cho hoạt động của một nhà máy sản xuất alumin công suất 600.000 tấn/ năm trong hơn 2 năm. alumin công suất 600.000 tấn/ năm trong hơn 2 năm. 4.5.1 4.5.1 Tuyển rửa bô-xit Tuyển rửa bô-xit  Quá trình loại bỏ bớt tạp chất trong quặng để Quá trình loại bỏ bớt tạp chất trong quặng để tăng hàm lượng khoáng chất được gọi tăng hàm lượng khoáng chất được gọi là quá trình làm giàu quặng (beneficiation là quá trình làm giàu quặng (beneficiation process). process).  Một trong những biện pháp làm giàu quặng là Một trong những biện pháp làm giàu quặng là phương pháp tuyển rửa bằng nước (washing phương pháp tuyển rửa bằng nước (washing process). Phương pháp tuyển rửa áp dụng cho process). Phương pháp tuyển rửa áp dụng cho các loại bô-xít có chứa nhiều tạp chất có thể tan các loại bô-xít có chứa nhiều tạp chất có thể tan trong nước như bùn sét. trong nước như bùn sét.  Bô-xit ở Tây Nguyên có hàm lượng sét tương Bô-xit ở Tây Nguyên có hàm lượng sét tương đối cao vì vậy cần được tuyển rửa trước khi đưa đối cao vì vậy cần được tuyển rửa trước khi đưa vào quá trình tinh luyện (refinery process) để vào quá trình tinh luyện (refinery process) để tách alumin. tách alumin.  Trong quá trình tuyển rửa, quặng được sàng Trong quá trình tuyển rửa, quặng được sàng tuyển và rửa bằng nước, bùn sét hòa tan trong tuyển và rửa bằng nước, bùn sét hòa tan trong nước và quặng có độ hạt nhỏ hơn khe hở của nước và quặng có độ hạt nhỏ hơn khe hở của lưới sàng được thải ra một hồ chứa. lưới sàng được thải ra một hồ chứa.  Quặng thải sau quá trình tuyển rửa được gọi là Quặng thải sau quá trình tuyển rửa được gọi là quặng đuôi (tailing). Quặng đuôi sẽ lắng trong quặng đuôi (tailing). Quặng đuôi sẽ lắng trong hồ chứa quặng đuôi, còn nước sẽ được thu hồi hồ chứa quặng đuôi, còn nước sẽ được thu hồi đề tái chế sử dụng lại. đề tái chế sử dụng lại.  Theo kết quả nghiên cứu tính khả tuyển của bô- Theo kết quả nghiên cứu tính khả tuyển của bô- xit mỏ Gia Nghĩa, với lưới sàng có đường kính lỗ xit mỏ Gia Nghĩa, với lưới sàng có đường kính lỗ 1 mm, độ thu hồi của quá trình tuyển rửa là 1 mm, độ thu hồi của quá trình tuyển rửa là 51,13 %, hàm lượng ô-xit nhôm tăng từ 40,3 % 51,13 %, hàm lượng ô-xit nhôm tăng từ 40,3 % (của quặng nguyên khai) lên 50,51% (của (của quặng nguyên khai) lên 50,51% (của quặng tinh). quặng tinh). [...]... 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... 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  Bùn đỏ là quặng thải ở công đoạn hòa tách trong quá trình sản xuất alumin Ngoài những thành phần vốn có trong quặng bô-xit như ôxit săt, ô-xit silic, ô-xit titan và 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... 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... 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... 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... xử lý quặng, nhưng tốn kém vì tiêu thụ nhiều năng lượng Thải “ướt” là bơm bùn ra hồ chứa với hàm lượng chất rắn thấp hơn (chất lỏng > 54, 4%, chất rắn Al(OH)3 + Na+ + OHVới các mầm kết tủa là các hạt ô-xit nhôm, hydoxit nhôm Al(OH)3 kết tinh... 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 . Chương 4: Khai thác bô-xit, sản xuất Chương 4: Khai thác bô-xit, sản xuất alumin và vấn đề bùn đỏ alumin và vấn đề bùn đỏ 4. 1 4. 1 Bô-xit là gì? Bô-xit. cung cấp nước cho sản xuất. sản xuất. 4. 5.2 Các công đoạn của quá trình sản xuất 4. 5.2 Các công đoạn của quá trình sản xuất alumin alumin  Bản chất của quá trình sản xuất alumin là việc Bản. . 4. 4 Công dụng của alumin và corundum 4. 4 Công dụng của alumin và corundum  Alumin ngoài công dụng lớn nhất là nguyên Alumin ngoài công dụng lớn nhất là nguyên liệu để sản xuất nhôm