Nghien cuu mot so tinh chat hoa ly ve hap phu cua 110106

MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài: Ô nhiễm nước giới nói chung Việt Nam nói riêng vấn đề nhức nhối tác hại to lớn chúng đến chất lượng môi trường sức khỏe người toàn giới Đặc biệt từ cách mạng khoa học công nghệ đời mặt suất lao động nâng cao cách đáng kể, đồng thời kèm theo mức độ tàn phá mơi trường sống ngày đáng sợ nghiêm trọng Nước thải công nghiệp kèm theo chất độc hại kim loại nặng mối nguy hiểm môi trường chất lượng sống người dân Ở Việt Nam, ô nhiễm môi trường nước mức báo động TP Hồ Chí Minh, Đà Nẵng, Vinh, Hà Nội, Hải Phòng thành phố lớn nơi dẫn đầu mức độ nhiễm: Ơ nhiễm hữu cơ, ô nhiễm vô cơ, ô nhiễm kim loại nặng Đặc biệt ô nhiễm kim loại nặng vấn đề báo động khu công nghiệp, sở sản xuất Hiện nhà khoa học nước nỗ lực nghiên cứu phương pháp khác để loại bỏ kim loại nặng nước đến mức chấp nhận đồng thời đảm bảo tính hiệu mặt kinh tế Ngồi phương pháp vật lý, hóa học sinh học dùng nghiên cứu để đưa vào ứng dụng việc nghiên cứu sử dụng vật liệu, chất liệu vấn đề cần thiết cho ngành nghề Đặc biệt sử dụng vật liệu tự nhiên, tái sử dụng phế thải thân thiện với môi trường đặt lên hàng đầu nhằm không gây tổn hại tới môi trường, đảm bảo cho phát triển bền vững mà đem lại hiệu cao sử dụng Kim loại nặng có vai trị thật to lớn q trình phát triển lồi người, đặc biệt ngành cơng nghiệp Tuy nhiên chất thải có chứa kim loại nặng trạng thái ion (kim loại nặng tồn nước, đất…) lại độc hại với người, thực vật, động vật thâm nhập vào thể Tích lũy với nồng độ cao kim loại nặng gây ung thư cho người, động vật, cịn thực vật khơng phát triển được… Hiện có nhiều cơng trình nghiên cứu nhằm tìm phương pháp tối ưu để loại bỏ ion kim loại nặng khỏi môi trường bị ô nhiễm Trong phạm vi đề tài, nghiên cứu loại bỏ kim loại nặng khỏi môi trường nước Đề tài nghiên cứu hấp phụ hạt hấp phụ chế tạo từ bùn đỏ nhằm tìm thêm phương pháp loại bỏ kim loại nặng khỏi môi trường bị ô nhiễm kim loại nặng Hiện nguyên liệu bùn đỏ có nhiều Bùn đỏ chất thải tiến trình tinh luyện từ bauxit đến alumina Nếu nghiên cứu thành công khả hấp phụ hạt hấp phụ chế tạo từ bùn đỏ ion kim loại nặng mang lại hiệu kinh tế lớn, tận dụng xử lý nguồn phế thải công nghiệp Đây nét đề tài, đề tài tương tự có giới, chưa cơng bố nước ta Chính chúng tơi chọn đề tài: “Nghiên cứu số tính chất hóa lý hấp phụ hạt hấp phụ chế tạo từ bùn đỏ” Mục đích nghiên cứu  Nghiên cứu số tính chất hóa lí để từ xác định thơng số hóa lí phục vụ cho cơng nghệ chế tạo vật liệu xử lý môi trường  Tạo vật liệu giá thành thấp đáp ứng nhu cầu xử lí mơi trường ngày tăng Đối tượng nghiên cứu:  Chất hấp phụ: Hạt chế tạo từ bùn đỏ  Chất bị hấp phụ: Dung dịch chứa ion kim loại nặng Nhiệm vụ nghiên cứu:  Nghiên cứu tạo hạt hấp phụ từ bùn đỏ  Nghiên cứu nhiệt động học trình hấp phụ hạt hấp phụ chế tạo từ bùn đỏ với ion kim loại nặng Phương pháp nghiên cứu:  Phương pháp nghiên cứu lý thuyết - Nghiên cứu cấu trúc đặc điểm mẫu - Nghiên cứu lý thuyết hấp phụ - Nghiên cứu lý thuyết điểm điện tích khơng - Nghiên cứu phương pháp xử lý phân tích kết thí nghiệm  Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm - Thu thập xử lý mẫu - Tiến hành phân tích cấu trúc mẫu phương pháp XRD, XRF - Chuẩn bị dung dịch chứa ion kim loại với nồng độ khác - Tiến hành thí nghiệm đánh giá khả hấp phụ ion kim loại mẫu theo nồng độ, thời gian, nhiệt độ, theo pH dung dịch, tỷ lệ vật liệu hấp phụ, v.v đo nồng độ bẵng phương pháp AAS - Đo điểm điện tích khơng mẫu thí nghiệm  Nghiên cứu tính chất đẳng điện  Nghiên cứu tích chất nhiệt động học trình hấp phụ phụ thuộc theo nồng độ  Tìm phương pháp chế tạo số dạng hạt vật liệu để ứng dụng thực tế Giả thuyết khoa học - Dựa vào thành phần bùn đỏ có hàm lượng Al 2O3= 15-25%; Fe2O3= 17,1-22,3% gần giống với đá Bazan (Các nghiên cứu gần cho kết đá Bazan có khả hấp phụ tốt ion kim loại nặng nước thải) - Dựa vào báo cáo khoa học khả hấp phụ ion kim loại nặng hạt chế tạo từ bùn đỏ [ 12, 14, 61 ] Vì chúng tơi sâu nghiên cứu tính chất hóa lý hấp phụ hạt hấp phụ chế tạo từ bùn đỏ NỘI DUNG CHƯƠNG I: TỔNG QUAN I.1 Tổng quan Bauxite [ ] Bauxit (hay Bô xít) loại quặng nhơm trầm tích có màu hồng, nâu hình thành từ q trình phong hóa đá giàu nhơm tích tụ từ quặng có trước q trình xói mịn Quặng bauxite phân bố chủ yếu vành đai xung quanh xích đạo đặc biệt mơi trường nhiệt đới Từ bauxite tách alumina (Al 203), nguyên liệu để luyện nhơm lị điện phân, chiếm 95% lượng bauxite khai thác giới Tên gọi loại quặng nhôm đặt theo tên gọi làng Les Baux-de-Provence miền nam nước Pháp, nhà địa chất học Pierre Berthier phát lần năm 1821 I.2 Quá trình hình thành phân bố I.2.1 Hình thành Bauxite hình thành loại đá có hàm lượng sắt thấp sắt bị rửa trơi q trình phong hóa Q trình hình thành trải qua giai đoạn: + Phong hóa nước thấm lọc vào đá gốc tạo ơxít nhơm sắt, + Làm giàu trầm tích hay đá bị phong hóa rửa trơi nước ngầm + Xói mịn tái tích tụ bauxite Quá trình chịu ảnh hưởng vài yếu tố như: + Đá mẹ chứa khống vật dễ hịa tan khống vật bị rửa trôi để lại nhôm sắt + Độ lổ hổng có hiệu đá cho phép nước thấm qua + Có lượng mưa cao xen kẽ đợt khơ hạn ngắn + Hệ thống nước tốt + Khí hậu nhiệt đới ẩm + Có mặt lớp phủ thực vật với vi khuẩn I.2.2 Phân bố [5] Các quặng bauxite phân bố chủ yếu khu vực nhiệt đới, Caribe, Địa Trung Hải vành đai xung quanh xích đạo, người ta tìm thấy quặng bauxite vùng lãnh thổ Úc, Nam Trung Mỹ (Jamaica, Brazil, Surinam, Venezuela, Guyana), châu Phi (Guinea), châu Á (Ấn Độ, Trung Quốc, Việt Nam), Nga, Kazakhstan châu Âu (Hy Lạp) * Từ nguồn gốc hình thành dẫn đến việc thành tạo hai loại mỏ bauxit: - Loại phong hóa hình thành q trình laterit hóa diễn điều kiện nhiệt đới đá mẹ loại đá silicat: granit, gneiss, bazan, syenite đá sét Khác với trình hình thành laterit sắt, hình thành bauxite địi hỏi điều kiện phong hóa mạnh mẽ điều kiện thủy văn nước tốt cho phép hịa tan rửa trơi kaolinite hình thành lắng đọng nên gibbsit Đới giàu hàm lượng nhôm thường nằm lớp mũ sắt Dạng tồn chủ yếu hydroxit nhôm bauxit laterit chủ yếu gibbsit Tại Việt Nam, bauxit Tây Nguyên hình thành theo phương thức đá bazan - Loại trầm tích có chất lượng tốt có giá trị cơng nghiệp Loại hình thành đường phong hóa laterit đá cacbonat đá vôi đolomit xen kẽ lớp kẹp sét tích tụ phong hóa sót hay lắng đọng phần khống vật sét khơng tan đá vơi bị phong hóa hóa học Thân quặng bauxite tồn dạng: lớp phủ, túi, xen kẹp mảnh vụn:  Các dạng lớp phủ lớn xuất tây Phi, Úc, Nam Mỹ Ấn Độ, bao gồm lớp phẳng nằm gần bề mặt trải dài hàng km Chiều dày thay đổi từ mét đến 40m, trường hợp chấp nhận bề dày trung bình khoảng 4-6m  Dạng túi tìm thấy Jamaica Hispaniola, miền nam châu Âu, bơ xít phân bố độ sâu võng từ 1m đến 30m Trong số trường hợp, túi nằm riêng biệt, khu vực khác vùng võng chồng lẫn tạo thành mỏ lớn  Dạng xen kẹp được tìm thấy Hoa Kỳ, Suriname, Brazil, Guyana, Russia, Trung Quốc, Hungary khu vực Địa Trung Hải Ban đầu chúng nằm bề mặt sau bị đá hình thành sau phủ lên thường gặp dạng đá núi lửa Loại quặng thường có kết cấu chặt loại khác bị nén lớp đá nằm  Dạng mảnh vụn tích tụ quặng tạo thành từ xói mịn bauxite (kiểu trầm tích trên) ví dụ bauxite Arkansas Hoa Kỳ I.2.3 Thành phần khống vật Bơxít tồn dạng tùy thuộc vào số lượng phân tử nước chứa cấu trúc tinh thể gồm: gibbsit Al(OH)3, boehmit γ-AlO(OH), diaspore α-AlO(OH), với khoáng vật oxit sắt goethit hematit, khoáng vật sét kaolinit đơi có mặt anata TiO2 Gibbsit hydroxit nhơm thực cịn boehmit diaspore tồn dạng hidroxit nhơm ơxít Sự khác biệt boehmit diaspore diaspore có cấu trúc tinh thể khác với boehmit, cần nhiệt độ cao để thực trình tách nước nhanh Bảng 1: Thành phần khoáng vật Bauxite [5] Gibbsit Boehmit Diaspore Al(OH)3 AlO(OH) AlO(OH) 65,4 85,0 85,0 Đơn tà Trực thoi Trực thoi Mật độ (g.cm-3) 2,42 3,01 3,44 Nhiệt độ tách nước (°C) I.2.4 Thành phần hóa học 150 350 450 Thành phần Hàm lượng alumina tối đa (%) Hệ tinh thể Thành phần hóa học chủ yếu (quy ơxít) Al2O3, SiO2, Fe2O3, CaO, TiO2, MgO đó, hydroxit nhơm thành phần quặng Bảng 2: Thành phần khoáng vật Bauxite [5] Thành phần hóa học Al2O3 Fe2O3 CaO SiO2 TiO2 MgO Mất nung % theo khối lượng (%) 55,6 4,5 4,4 2,4 2,8 0,3 30 Ở Việt Nam, bauxite xếp vào khống sản tỷ lệ oxit nhơm silic oxit gọi modun silic (ký hiệu µsi) khơng nhỏ 2, thuộc loại Bauxite nguồn gốc trầm tích (một số bị biến chất) tập trung tỉnh phía Bắc Hà Giang, Cao Bằng, Lạng Sơn, Bắc Giang, Sơn La Nghệ An Bauxite nguồn gốc phong hoá laterit từ đá bazan tập trung tỉnh phía Nam Kon Tum, Đăk Nơng, Lâm Đồng, Đồng Nai, Bình Dương, Phú n Quảng Ngãi Các mỏ điểm quặng bauxite Việt Nam phân bố chủ yếu đông Bắc Bắc Bộ phía nam Xét nguồn gốc, quặng bauxite thuộc loại trầm tích (một số bị biến chất) phong hoá laterit từ đá bazan Các mỏ thuộc nguồn gốc trầm tích phân bố tỉnh Cao Bằng, Lạng Sơn, Hà Giang, Hải Dương, Nghệ An Trong số cụm mỏ Lạng Sơn có quy mơ trữ lượng lớn, chất lượng tốt có giá trị cơng nghiệp Cụm mỏ Lạng Sơn có 36 mỏ điểm quặng chủ yếu thuộc loại eluvi- deluvi Bauxite có thành phần khống vật chủ yếu diaspor (60-70%), boehmit (20-30%) gibbsit Tinh quặng bauxite có hàm lượng Al2O3= 44,65-58,84%; SiO2 = 6,4-19,2%; Fe2O3= 21,32-27,35%; TiO2= 2-4,5% Tổng trữ lượng ước tính khoảng vài trăm triệu Các mỏ bauxite phong hoá từ đá bazan tập trung chủ yếu tỉnh miền Nam Đak Lak, Lâm Đồng, Kon Tum, Quảng Ngãi Tổng diện tích chứa bauxit lên đến gần 20.000 km2 Quặng bauxite nguyên khai thường có chất lượng thấp Hàm lượng Al2O3= 35-39%; SiO2= 5-10%; Fe2O3= 25-29%; TiO2= 4-9% Sau tuyển rửa giữ lại hạt >1mm, hàm lượng đạt Al 2O3= 45-47%; SiO2= 1,6-5,1%; Fe2O3= 17,1-22,3% TiO2= 2,6-3% Thành phần khoáng vật chủ yếu gồm gibbsit, goehtit, kaolinrat ilmenit Các mỏ bauxite phong hố từ đá bazan có trữ lượng tài nguyên khoảng 2,3 tỷ Tài nguyên dự báo đạt khoảng 6,7 tỷ [63, 64] Theo tài liệu BAUXITE MINING, POST ENVIRONMENTAL & SOCIAL IMPACT CONCERNS By: Consultancy on Development (CODE) – Vietnam, mỏ bauxite tìm thấy tỉnh Đắk Nơng có khả sản xuất từ 6500-7600 triệu tấn, lớn hàng thứ giới Theo tài liệu Tập Đồn Cơng Nghiệp Than Khống Sản Việt Nam (TKV) tháng 7/2007 Đắk Nơng có vùng có mỏ bauxit với diện tích tổng cộng 1971 km2 chiếm 1/3 diện tích tỉnh Đắk Nông địa điểm sau: Tuy Đức: 354 km2, Đắk Song: 300 km2, Bắc Gia Nghĩa: 329 km2, Nhân Cơ: 510 km2, Quảng Sơn: 159 km2 Mỏ bauxite cịn tìm thấy Bảo Lộc thuộc tỉnh Lâm Đồng khai thác, mỏ bauxite không lớn tỉnh Đắk Nông Mỏ bauxite Đắk Nông nằm mặt đất từ 0.5-1m, tiến trình khai thác người ta phải lấy lớp đất xốp mặt, sau lấy phần đất/đá có chất bauxite đưa vào nhà máy để chuyển hóa thành chất alumina I.3 Bùn đỏ I.3.1 Nguồn phát sinh chất thải bùn đỏ Công nghệ sản xuất nhôm từ quặng bauxite Hình 1: Sơ đồ sản xuất nhơm từ quặng bauxite Tiến trình tinh chế Alumina: (1) Cho quặng bauxite vào băng chuyền (2) Đưa vào máy nghiền – crusher (3) Cho beauxie vào để rửa bùn, tạp chất (digester) (4) Vào lọc, bùn đỏ thải từ giai đoạn < 1μm (bauxite residue) (5) giai đoạn làm alumina 1.3.2 Bùn đỏ Trong tiến trình tinh chế Alumina trên, phần quặng khơng tan kiềm lắng, rửa loại khỏi dây chuyền Bã thải thường gọi bùn đỏ Pha lỏng bùn đỏ chứa thành phần nhôm tan kiềm pha rắn chứa oxit kim loại chủ yếu 30-60% Helmatit-Fe2O3, 10-20%