luận văn thạc sĩ nghiên cứu đánh giá khả năng giải phóng kim loại nặng từ xỉ thải pyrit lộ thiên

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN TRỊNH KHẮC HOÀN NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG GIẢI PHÓNG KIM LOẠI NẶNG TỪ XỈ THẢI PYRIT LỘ THIÊN LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC HÀ NỘI, 2012 z ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Trịnh Khắc Hoàn NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG GIẢI PHÓNG KIM LOẠI NẶNG TỪ XỈ THẢI PYRIT LỘ THIÊN Chuyên ngành: Hóa Môi trường Mã số: 60 44 41 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Trần Hồng Côn Hà Nội – 2012 z MỤC LỤC MỞ ĐẦU ……………………………………………………………………………1 Chương TỔNG QUAN …………………………………………………………….1 1.1 Pyrit (FeS2) 1.1.1 Giới thiệu chung Pyrit sắt………………………………………………2 1.2 Tình trạng nhiễm kim loại nặng vùng lân cận khu vực khai thác quặng……………………………………………………………………… 1.2.1 Tại Việt Nam……………………………………………………………… 1.2.2 Trên giới 1.3 Q trình phong hố quặng Pyrit 1.3.1 Q trình phong hố 1.3.1.1 Phong hoá vật lý 1.3.1.2 Phong hoá hoá học 10 1.3.1.3 Phong hoá sinh học 12 1.3.2 Khái quát trình biểu sinh mỏ sulfua [9] 12 1.3.3 Oxi hoá khoáng vật đồng sulfua [9] 13 1.4 Ảnh hưởng kim loại nặng đến môi trường thể sống 14 1.5 Giới thiệu số kim loại nặng ảnh hưởng chúng lên thể sống người 15 1.5.1 Asen 15 1.5.2 Cadmi 17 1.5.3 Chì 18 1.5.4 Coban 19 1.5.5 Crom 19 1.5.6 Đồng 20 1.5.7 Kẽm 21 1.5.8 Mangan 22 1.5.9 Niken 22 1.5.10 Sắt 23 z Chương THỰC NGHIỆM 26 2.1 Đối tượng nghiên cứu 26 2.2 Mục tiêu nghiên cứu 27 2.3 Cơ sở phương pháp luận 272.4 Danh mục hoá chất, thiết bị cần thiết cho nghiên cứu 28 2.5 Thực nghiệm 29 2.5.1 Thiết kế thiết bị nghiên cứu 30 2.6 Phương pháp nghiên cứu 32 2.6.1 Nghiên cứu ảnh hưởng pH nồng độ sắt(II) đến khả cộng kết – hấp phụ kim loại nặng lên sắt(III) hydroxit 32 2.6.1.1 Nghiên cứu ảnh hưởng nồng độ sắt(II) ban đầu 32 2.6.1.2 Nghiên cứu ảnh hưởng pH 33 2.6.2 Nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến q trình phong hố điều kiện bãi thải xỉ pyrit lộ thiên 34 2.6.3 Lấy mẫu phân tích 35 2.6.3.1 Xác định hàm lượng kim loại nặng 35 2.6.3.2 Xác định hàm lượng As phương pháp so màu giấy tẩm thủy ngân bromua 36 Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN………………………………………… 37 3.1 Quá trình kết tủa, cộng kết, hấp phụ nguyên tố kim loại nặng 37 3.1.1 Q trình oxi hố - thuỷ phân dạng kết tủa sắt 37 3.1.2 Khảo sát ảnh hưởng nồng độ sắt(II) đến khả tách loại số kim loại nặng Zn, Cu, Pb, As, Cd, Mn 38 3.1.3 Kết khảo sát ảnh hưởng pH đến khả tách loại số kim loại nặng Zn, Cu, Pb, As, Cd, Mn 39 3.2 Nghiên cứu khả phong hố giải phóng kim loại nặng mơ hình bãi thải xỉ pirit lộ thiên 42 3.2.1 Sự biến thiên nồng độ ion kim loại nặng trình rửa quặng 42 z 3.3.2 Sự biến thiên pH nồng độ ion kim loại nặng điều kiện xung khơng tích lũy 45 3.3.3 Sự biến thiên pH nồng độ ion kim loại nặng điều kiện xung có tích lũy 47 3.3.4 Ảnh hưởng ion photphat đến khả giải phóng kim loại nặng 49 KẾT LUẬN 60 TÀI LIỆU THAM KHẢO 61 z luan.van.thac.si.nghien.cuu.danh.gia.kha.nang.giai.phong.kim.loai.nang.tu.xi.thai.pyrit.lo.thienluan.van.thac.si.nghien.cuu.danh.gia.kha.nang.giai.phong.kim.loai.nang.tu.xi.thai.pyrit.lo.thienluan.van.thac.si.nghien.cuu.danh.gia.kha.nang.giai.phong.kim.loai.nang.tu.xi.thai.pyrit.lo.thienluan.van.thac.si.nghien.cuu.danh.gia.kha.nang.giai.phong.kim.loai.nang.tu.xi.thai.pyrit.lo.thien DANH MỤC BẢNG Bảng Tên bảng Trang Bảng 1.1 Mức độ ô nhiễm đất nông nghiệp khai thác mỏ Bảng 1.2 Nồng độ trung bình kim loại nặng đất trồng Nyakabale Bảng 2.1 Danh mục thiết bị cần thiết cho nghiên cứu 29 Bảng 2.2 Danh mục hoá chất cần thiết cho nghiên cứu 29 Bảng 2.3 Thành phần nước mưa 30 Bảng 2.4 Bảng biểu diễn phụ thuộc chiều cao nồng độ 34 As Bảng 2.5 Kết biểu diễn phụ thuộc nồng độ As 35 chiều cao Bảng 3.1 Kết khảo sát ảnh hưởng nồng độ Fe(II) đến khả 37 cố định kim loại Zn, Cu, Pb, As, Cd, Mn Bảng 3.2 Kết khảo sát ảnh hưởng pH đến khả cố 39 định Zn, Cu, Pb, As, Cd, Mn Bảng 3.3 Sự biến thiên nồng độ kim loại nặng trình rửa 41 xỉ Bảng 3.4 Sự biến thiên pH nồng độ kim loại nặng điều 43 kiện xung khơng tích lũy Bảng 3.5 Sự biến thiên pH nồng độ kim loại nặng điều 46 kiện xung có tích lũy Bảng 3.6 Ảnh hưởng ion photphat đến khả giải phóng 49 kim loại pH =8 Bảng 3.7 Ảnh hưởng ion photphat đến khả giải phóng z luan.van.thac.si.nghien.cuu.danh.gia.kha.nang.giai.phong.kim.loai.nang.tu.xi.thai.pyrit.lo.thienluan.van.thac.si.nghien.cuu.danh.gia.kha.nang.giai.phong.kim.loai.nang.tu.xi.thai.pyrit.lo.thienluan.van.thac.si.nghien.cuu.danh.gia.kha.nang.giai.phong.kim.loai.nang.tu.xi.thai.pyrit.lo.thienluan.van.thac.si.nghien.cuu.danh.gia.kha.nang.giai.phong.kim.loai.nang.tu.xi.thai.pyrit.lo.thien 51 luan.van.thac.si.nghien.cuu.danh.gia.kha.nang.giai.phong.kim.loai.nang.tu.xi.thai.pyrit.lo.thienluan.van.thac.si.nghien.cuu.danh.gia.kha.nang.giai.phong.kim.loai.nang.tu.xi.thai.pyrit.lo.thienluan.van.thac.si.nghien.cuu.danh.gia.kha.nang.giai.phong.kim.loai.nang.tu.xi.thai.pyrit.lo.thienluan.van.thac.si.nghien.cuu.danh.gia.kha.nang.giai.phong.kim.loai.nang.tu.xi.thai.pyrit.lo.thien kim loại pH =7 Bảng 3.8 Ảnh hưởng ion photphat đến khả giải phóng 52 kim loại pH =6 Bảng 3.9 Ảnh hưởng ion photphat đến khả giải phóng 54 kim loại pH =5 Bảng 3.10 Ảnh hưởng pH đến khả giải phóng kim loại nặng z luan.van.thac.si.nghien.cuu.danh.gia.kha.nang.giai.phong.kim.loai.nang.tu.xi.thai.pyrit.lo.thienluan.van.thac.si.nghien.cuu.danh.gia.kha.nang.giai.phong.kim.loai.nang.tu.xi.thai.pyrit.lo.thienluan.van.thac.si.nghien.cuu.danh.gia.kha.nang.giai.phong.kim.loai.nang.tu.xi.thai.pyrit.lo.thienluan.van.thac.si.nghien.cuu.danh.gia.kha.nang.giai.phong.kim.loai.nang.tu.xi.thai.pyrit.lo.thien 56 luan.van.thac.si.nghien.cuu.danh.gia.kha.nang.giai.phong.kim.loai.nang.tu.xi.thai.pyrit.lo.thienluan.van.thac.si.nghien.cuu.danh.gia.kha.nang.giai.phong.kim.loai.nang.tu.xi.thai.pyrit.lo.thienluan.van.thac.si.nghien.cuu.danh.gia.kha.nang.giai.phong.kim.loai.nang.tu.xi.thai.pyrit.lo.thienluan.van.thac.si.nghien.cuu.danh.gia.kha.nang.giai.phong.kim.loai.nang.tu.xi.thai.pyrit.lo.thien DANH MỤC HÌNH VẼ ĐỒ THỊ Hình Hình 1.1 Hình 2.1 Tên hình Hình ảnh quặng pyrit Thiết bị cho q trình phong hố giải phóng kim loại Trang 28 điều kiện ngập nước Hình 2.2 Đường chuẩn As 10-80ppb 31 Hình 2.3 Đường chuẩn As 100-800ppb 32 Hình 3.1 Hình 3.1 Ảnh hưởng nồng độ Fe(II) đến hiệu suất cố 34 định kim loại Zn, Cu, Pb, As, Cd, MnHình 3.2 Ảnh hưởng pH đến khả cố định Zn, Cu, Pb, As, 39 Cd, Mn Hình 3.3 Sự biến thiên nồng độ kim loại Cr, Co, Ni, As, Cd, Mn 41 trình rửa xỉ Hình 3.4 Sự biến thiên nồng độ kim loại Cu, Pb, Zn, Fe 42 trình rửa quặng Hình 3.5 Sự biến thiên nồng độ kim loại Cr, Co, Ni, As, Pb, Cd 44 điều kiện xung khơng tích lũy Hình 3.6 Sự biến thiên nồng độ kim loại Cu, Mn, Zn, Fe 44 điều kiện xung khơng tích lũy Hình 3.7 Sự biến thiên nồng độ kim loại Cr, Co, Ni, As, Pb, Cd 46 điều kiện xung có tích lũy Hình 3.8 Sự biến thiên nồng độ kim loại Mn, Cu, Zn, Fe pH 47 điều kiện xung có tích lũy Hình 3.9 Ảnh hưởng ion photphat đến khả giải phóng kim loại Cr, Co, Ni, As, Pb, Cd pH =8 z luan.van.thac.si.nghien.cuu.danh.gia.kha.nang.giai.phong.kim.loai.nang.tu.xi.thai.pyrit.lo.thienluan.van.thac.si.nghien.cuu.danh.gia.kha.nang.giai.phong.kim.loai.nang.tu.xi.thai.pyrit.lo.thienluan.van.thac.si.nghien.cuu.danh.gia.kha.nang.giai.phong.kim.loai.nang.tu.xi.thai.pyrit.lo.thienluan.van.thac.si.nghien.cuu.danh.gia.kha.nang.giai.phong.kim.loai.nang.tu.xi.thai.pyrit.lo.thien 50 luan.van.thac.si.nghien.cuu.danh.gia.kha.nang.giai.phong.kim.loai.nang.tu.xi.thai.pyrit.lo.thienluan.van.thac.si.nghien.cuu.danh.gia.kha.nang.giai.phong.kim.loai.nang.tu.xi.thai.pyrit.lo.thienluan.van.thac.si.nghien.cuu.danh.gia.kha.nang.giai.phong.kim.loai.nang.tu.xi.thai.pyrit.lo.thienluan.van.thac.si.nghien.cuu.danh.gia.kha.nang.giai.phong.kim.loai.nang.tu.xi.thai.pyrit.lo.thien Hình 3.10 Ảnh hưởng ion photphat đến khả giải phóng kim 50 loại Mn, Cu, Zn, Fe pH = Hình 3.11 Ảnh hưởng ion photphat đến khả giải phóng kim 51 loạiCr, Co, Ni, As, Pb, Cd pH = Hình 3.12 Ảnh hưởng ion photphat đến khả giải phóng kim 52 loại Mn, Cu, Zn, Fe pH = Hình 3.13 Ảnh hưởng ion photphat đến khả giải phóng kim 53 loại Cr, Co, Ni, As, Pb, Cd pH =6 Hình 3.14 Ảnh hưởng ion photphat đến khả giải phóng kim 53 loại Mn, Cu, Zn, Fe pH =6 Hình 3.15 Ảnh hưởng ion photphat đến khả giải phóng kim 54 loại Cr, Co, Ni, As, Pb, Cd pH =5 Hình 3.16 Ảnh hưởng ion photphat đến khả giải phóng kim 55 loại Mn, Cu, Zn, Fe pH =5 Hình 3.17 Ảnh hưởng pH đến khả giải phóng kim loại Cr, 57 Co, Ni, As, Pb, Cd Hình 3.18 Ảnh hưởng pH đến khả giải phóng kim loại Mn, Cu, Zn, Fe 10 z luan.van.thac.si.nghien.cuu.danh.gia.kha.nang.giai.phong.kim.loai.nang.tu.xi.thai.pyrit.lo.thienluan.van.thac.si.nghien.cuu.danh.gia.kha.nang.giai.phong.kim.loai.nang.tu.xi.thai.pyrit.lo.thienluan.van.thac.si.nghien.cuu.danh.gia.kha.nang.giai.phong.kim.loai.nang.tu.xi.thai.pyrit.lo.thienluan.van.thac.si.nghien.cuu.danh.gia.kha.nang.giai.phong.kim.loai.nang.tu.xi.thai.pyrit.lo.thien 57 luan.van.thac.si.nghien.cuu.danh.gia.kha.nang.giai.phong.kim.loai.nang.tu.xi.thai.pyrit.lo.thienluan.van.thac.si.nghien.cuu.danh.gia.kha.nang.giai.phong.kim.loai.nang.tu.xi.thai.pyrit.lo.thienluan.van.thac.si.nghien.cuu.danh.gia.kha.nang.giai.phong.kim.loai.nang.tu.xi.thai.pyrit.lo.thienluan.van.thac.si.nghien.cuu.danh.gia.kha.nang.giai.phong.kim.loai.nang.tu.xi.thai.pyrit.lo.thien MỞ ĐẦU Hiện nay, ô nhiễm mơi trường vấn đề nóng bỏng mang tính tồn cầu, ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe đời sống người Đặc biệt ô nhiễm kim loại nặng Trong tự nhiên có khoảng 70 kim loại nặng, kim loại có tỉ khối lớn gam/cm3 Kim loại nặng có hầu hết mỏ khống sản với hàm lượng khác nhau, tuỳ thuộc vào loại khoáng sản vùng địa chất khác Trong kim loại nặng có số ngun tố cần thiết cho sinh vật ngưỡng đấy, chúng nguyên tố vi lượng như: Cu, Zn, Mn, Mo… Đa số kim loại nặng với đặc tính bền vững mơi trường, khả gây độc liều lượng thấp tích luỹ lâu dài chuỗi thức ăn, giới xem chất thải nguy hại Tuy nhiên khả gây độc kim loại nặng hoàn toàn phụ thuộc vào trạng thái tồn chúng Trong hoạt động khai thác khống sản sản xuất cơng nghiệp, người làm biến đổi trạng thái tồn kim loại nặng, chuyển chúng thành dạng ion tự vào môi trường nước hạt bụi có kích thước nhỏ bé khơng khí làm suy giảm chất lượng môi trường Do lực có hạn, cơng nghệ sản xuất chưa đại, quy trình cịn thiếu nghiêm ngặt, nên nhiều nhà máy sản xuất hóa chất nước ta hiệu suất sản xuất chưa cao, bặc biệt giai đoạn xử lý đốt quặng, dẫn đến không tận thu Như vậy, thiệt hại kinh tế đáng kể Nhưng lo ngại hơn, với lượng chất thải sau sản xuất, theo thời gian ảnh hưởng xấu đến môi trường xung quanh, ảnh hưởng đến sức khoẻ người động thực vật Với lý đó, chúng tơi lựa chọn đề tài “Nghiên cứu đánh giá khả giải phóng kim loại nặng từ xỉ thải pyrit lộ thiên” 11 z luan.van.thac.si.nghien.cuu.danh.gia.kha.nang.giai.phong.kim.loai.nang.tu.xi.thai.pyrit.lo.thienluan.van.thac.si.nghien.cuu.danh.gia.kha.nang.giai.phong.kim.loai.nang.tu.xi.thai.pyrit.lo.thienluan.van.thac.si.nghien.cuu.danh.gia.kha.nang.giai.phong.kim.loai.nang.tu.xi.thai.pyrit.lo.thienluan.van.thac.si.nghien.cuu.danh.gia.kha.nang.giai.phong.kim.loai.nang.tu.xi.thai.pyrit.lo.thien