Xử lý bùn đỏ trong sản xuất alumin từ bauxit

1 NHỮNG CHỮ VIẾT TẮT Tổ chức Phát triển Công nghiệp của Liên Hợp Quốc UNIDO Cơ quan Thống kê Kim loại Thế giới WBMS Polyethylene có tỷ trọng cao HPDE Chu trình hoà tách ở nhiệt độ thấp đã được cải tiến ILTP Chu trình hoà tách ở nhiệt độ thấp thông thường CLTP Sản phẩm khử silicate DSP Bảo đảm chất lượng/kiểm tra chất lượng QA/QC 2 LỜI GIỚI THIỆU Bùn đỏ là loại quặng đuôi được sinh ra đồng thời với alumin trong quá trình xử lý bằng công nghệ Bayer và quá trình sơ chế quặng, đó là loại chất thải lỏng chứa các kim loại và có thể gây nguy cơ tiềm ẩn đối với sức khỏe con người. Theo phương pháp xử lý truyền thống, bùn đỏ được bơm và để khô tự nhiên vào trong một khu vực khu trú quặng đuôi, được ngăn cách với xung quanh bởi các đập có phủ lớp đất sét. Đập được thiết kế và xây dựng khác nhau, tùy thuộc vào việc áp dụng những tiến bộ trong công nghệ xây dựng. Tuy nhiên, sự xuất hiện một khu vực chứa quặng đuôi như vậy sẽ gây ra nguy cơ đối với môi trường xung quanh và gây khó khăn cho công tác phục hồi môi trường khi mỏ đã kết thúc vận hành. Sự xuất hiện hồ thải quặng đuôi có liên thông với hệ thống thủy văn xung quanh, trong đó việc thiết kế đập có tính toán đến số liệu thủy văn và khí hậu để cho nước mặt thoát ra ngoài vào thủy vực xung quanh theo cửa tràn và vị trí đặt khu vực thải bùn đỏ cũng cần phải nghiên cứu kỹ lưỡng sao cho nó được đặt trên nền khu vực có lớp đất sét để tránh ảnh hưởng đến nguồn nước ngầm. Để cung cấp thêm thông tin về công nghệ xử lý bùn đỏ trong sản xuất alumin từ bauxit, Trung tâm Thông tin KH&CN Quốc gia xin giới thiệu Tổng luận: “XỬ LÝ BÙN ĐỎ TRONG SẢN XUẤT ALUMIN TỪ BAUXIT”. Hy vọng tài liệu sẽ có ích đối với độc giả. TRUNG TÂM THÔNG TIN KH&CN QUỐC GIA 3 ĐẶT VẤN ĐỀ 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 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. Cách thức phổ biến về xử lý bùn đỏ vẫn là xây hồ chứa hoặc chôn cất bùn đỏ ở nơi hoang vắng, gần bờ biển, xa các vùng đầu nguồn các sông suối và các mạch nước ngầm. 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. Một vấn đề về ô nhiễm môi trường khác cũng cần được quan tâm đó là bùn thải quặng đuôi trong quá trình tuyển quặng. Cùng với nước trong quá trình tuyển quặng, lượng bùn thải này sẽ trôi xuống các con suối, con sông và như bài học kinh nghiệm rút ra từ Tĩnh Tây, Quảng Tây, Trung Quốc các con suối sẽ trở nên „nhuộm‟ một màu đỏ (màu đỏ là màu của đất đỏ bazan). Nguy cơ ô nhiễm lưu vực sông sẽ trở nên lớn hơn. Sản xuất hydroxit nhôm từ công nghệ Bayer luôn phát sinh một lượng chất thải bùn đỏ lớn. Loại bùn này rất chậm đóng rắn và phải 20 năm lưu giữ mới có thể di chuyển trên nền bùn được. Đặc biệt, khả năng gây ô nhiễm nguồn nước ngầm là rất cao khi lưu giữ bùn với khối lượng lớn trong thời gian dài, không đảm bảo kỹ thuật. Ở một số nước trên thế giới, trước đây người ta thường bơm bùn xuống đáy sông, đáy biển hay ngăn một phần vịnh biển để chứa bùn thải. Tuy nhiên, hiện nay các biện pháp này đều bị nghiêm cấm vì nó phá hủy hoàn toàn môi trường sống của các sinh vật đáy thủy vực. Ở Australia bùn đỏ được thải vào sa mạc. Từ năm 1945, nước Anh đã sử dụng bùn đỏ làm chất keo tụ. Hiện nay, trên thế giới đã có nhiều ứng dụng từ bùn đỏ, trong đó tập trung vào 3 lĩnh vực như: chất phụ gia trong xi măng, sản xuất vật liệu xây dựng, điều chế quặng sắt. Các phương pháp xử lý bùn đỏ hiện nay đang được áp dụng bao gồm các bước chính sau: - Xử lý phần chất lỏng đi kèm bùn đỏ hoặc phát sinh trong hồ bùn đỏ bằng cách tái sử dụng trong dây chuyền sản xuất hoặc trung hoà bằng nước biển (trường hợp nhà máy đặt cạnh biển) hoặc trung hoà bằng CO 2 . - Chôn lấp bùn đỏ đã thải, tiến hành hoàn thổ, phục hồi môi trường Xử lý bùn đỏ từ bãi thải, dùng cho các ứng dụng như vật liệu xây dựng (gạch, ngói, bê tông ), làm đường, chế biến sơn, chế tạo các vật liệu đặc biệt khác Việc lựa chọn các phương án xử lý bùn đỏ sau thải được thực hiện tùy theo các nhà máy alumin cụ thể, tuy nhiên hiện nay phương án chôn lấp, hoàn thổ chiếm ưu thế và được áp dụng rộng rãi, phương án chế biến bùn đỏ đang được nghiên cứu, thử nghiệm vì chi phí để thực hiện cao, hiệu quả kinh tế thấp. 4 I. SẢN XUẤT ALUMIN VÀ XỬ LÝ BÙN ĐỎ 1.1. Tình hình sản xuất Trên thế giới, nhôm là một trong 4 kim loại màu cơ bản được sử dụng nhiều trong các ngành công nghiệp quan trọng như chế tạo thiết bị điện, phương tiện vận tải, xây dựng, chế tạo máy, vũ khí, vật liệu bao gói, đồ đựng nước uống giải khát và sản xuất đồ gia dụng. Tổng tài nguyên khoáng sản bauxit trên thế giới ước đạt 75,2 tỷ tấn, phân bố chủ yếu tại các quốc gia nhiệt đới và cận nhiệt đới, trong đó Ghi nê, Australia và Việt Nam là các quốc gia có trữ lượng bauxit lớn nhất. Tổng lượng tiêu thụ nhôm nguyên sinh trên thế giới năm 2007 đạt 38 triệu tấn và dự báo sẽ tăng lên 51,8 triệu tấn năm 2012 và đạt 74,9 triệu tấn vào năm 2020. Trong khi đó, theo dữ liệu nghiên cứu của Cơ quan Thống kê Kim loại Thế giới (WBMS) thì sản xuất nhôm của thế giới năm 2007 đạt 38,02 triệu tấn, năm 2008 đạt 41,9 triệu tấn và đến năm 2020 có thể đạt 78,5 triệu tấn. Từ năm 2008 đến 2011 thị trường nhôm sẽ xảy ra dư thừa từ 0,1 - 1,8 triệu tấn/năm, nhưng đến giai đoạn từ 2012 đến 2020, nhôm sẽ rơi vào tình trạng thiếu hụt khoảng từ 0,3 triệu tấn đến 2,6 triệu tấn/năm. Theo đánh giá của AOA VAMI RUSAL (Nga), sản lượng alumin (nhôm ôxít) của thế giới năm 2007 đạt 74,7 triệu tấn, tăng 6,9% so với năm 2006 và tăng 40,1% so với năm 2000. Sự tăng trưởng mạnh mẽ sản lượng alumin đạt được là do nhu cầu về nhôm tăng mạnh, đặc biệt là từ nhu cầu của Trung Quốc và các quốc gia thuộc Mỹ La tinh. Cũng theo dự báo của RUSAL sản lượng alumin trên thế giới giai đoạn 2008-2014 sẽ tăng khoảng 50 triệu tấn. Phần lớn alumin được giao dịch trên thị trường Thế giới thông qua những hợp đồng dài hạn, chỉ có một phần nhỏ, khoảng 10% tham gia vào thị trường trôi nổi. Giá alumin trên thị trường dao động bằng khoảng từ 11-15% so với giá nhôm. Nhóm Broc Hunt nghiên cứu thị trường alumin Thế giới và cho ra một dự báo dài hạn về thị trường alumin đến năm 2020 theo bảng dưới đây: Bảng 1: Dự báo về thị trường alumin đến năm 2020 Đơn vị: Triệu tấn 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2020 Sản lượng 83.7 90.0 97.7 100.5 104.0 107.0 113.4 118.3 126.8 129.3 148.7 Nhu cầu 82.4 88.4 95.7 99.4 101.8 107.5 113.1 118.8 127.1 130.3 148.3 Thừa/ Thiếu 1.3 1.6 2.0 1.1 2.1 -0.5 0.3 -0.5 -0.3 -1.0 0.4 Nguồn: Broc Hunt 5 Bauxit là một trong những tài nguyên khoáng sản khá dồi dào trên Trái đất. Từ bauxit có thể thu hồi alumin (Al 2 O 3 ), rồi tiếp tục điện phân sẽ thu hồi aluminium (nhôm kim loại). Những khoáng vật chủ yếu của bauxit là: gippsite, diaspore, boehmite là một biến dạng đa hình của diaspore. Khoảng 96% bauxit khai thác được sử dụng trong ngành luyện kim, 4% còn lại được sử dụng trong các ngành công nghiệp khác như: Sản xuất vật liệu chịu lửa, gốm sứ, vật liệu mài-đánh bóng, đá trang sức nhân tạo Hơn 90% sản lượng alumin (được gọi là alumin luyện kim) được sử dụng làm nguyên liệu cho quá trình điện phân để sản xuất nhôm kim loại, 10% còn lại được sử dụng trong công nghiệp hoá chất và các ngành công nghiệp khác. Nguồn quặng bauxit toàn thế giới ước tính khoảng 55-75 tỷ tấn, trong đó châu Phi chiếm 33%; châu Đại Dương 24%; Nam Mỹ và vùng Caribê 22%; châu Á 15%; các nơi khác là 6%. Tình hình sản xuất bauxit trên thế giới được thể hiện ở bảng sau: Bảng 2: Khai thác bauxit trên thế giới (đơn vị tính 1000 tấn) 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 Trung Quốc 30 000 32 000 700 000 2 300 000 5 Hy Lạp 2 220 2 200 600 000 650 000 6 Guinea 18 000 18 000 7 400 000 8 600 000 7 Guyana 1 600 1 600 700 000 900 000 8 Ấn Độ 19 200 20 000 770 000 1 400 000 9 Jamaica 14 600 15 000 2 000 000 2 500 000 10 Kazakhstan 4 800 4 800 360 000 450 000 11 Nga 6 400 6 400 200 000 250 000 12 Suriname 4 900 4 500 580 000 600 000 13 Venezuela 5 900 5 900 320 000 350 000 14 Việt Nam 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 Nguồn: U.S. Geological Survey, Mineral Commodity Summaries, 1/2009 6 1.2. Công nghệ sản xuất alumin Trong công nghiệp, có một số công nghệ sản xuất alumin tùy theo loại nguyên liệu và chất lượng nguyên liệu. Hiện tại và trong tương lai, 85% alumin trên thế giới được sản xuất từ quặng bauxit, 10% từ quặng nephelin và alunit, 5% từ các nguyên liệu khác. Điều đó cho thấy bauxit vẫn là nguồn nguyên liệu quan trọng nhất trong sản xuất alumin nói riêng và sản xuất nhôm nói chung. Nếu nguyên liệu là bauxit chất lượng tốt (tỷ lệ Al 2 O 3 /SiO 2 >= 7), hàm lượng SiO 2 thấp, thì có thể áp dụng công nghệ Bayer. Nếu là bauxit chất lượng trung bình, có thể áp dụng phương pháp kết hợp Bayer - thiêu kết song song hoặc nối tiếp. Nếu là bauxit chất lượng xấu, hàm lượng SiO 2 cao, có thể áp dụng phương pháp thiêu kết đơn thuần. Hiện tại và dự báo trong tương lai, khoảng 90% sản lượng alumin trên thế giới vẫn được sản xuất bằng công nghệ Bayer. Quá trình sản xuất alumin thực chất là quá trình làm giàu Al 2 O 3 , nhằm tách lượng Al 2 O 3 trong bauxit ra khỏi các tạp chất khác (các ôxít…). Alumin luyện kim được chuyển hoá trong quá trình điện phân trong bể muối cryolite nóng chảy (Na 3 AlF 6 ) để thành nhôm kim loại. - Sản xuất alumin bằng phương pháp hoả luyện Trong số các phương pháp hỏa luyện thì phương pháp thiêu kết bauxit với Na 2 CO 3 có sự tham gia của CaCO 3 (gọi là phương pháp soda-vôi) là phương pháp kinh tế và được ứng dụng trong công nghiệp. Phương pháp thiêu kết dùng để xử lý quặng bauxit có chất lượng trung bình hoặc kém (hàm lượng SiO 2 cao) mà nếu xử lý bằng công nghệ Bayer (công nghệ thủy luyện) thì không có hiệu quả kinh tế. Nguyên lý của phương pháp hỏa luyện là: Thiêu kết hỗn hợp bauxit + Na 2 CO 3 + CaCO 3 trong lò quay ở nhiệt độ 1200 o C để thực hiện các phản ứng sau: Al 2 O 3 + Na 2 CO 3 = 2 NaAlO 2 + CO 2 ; SiO 2 + 2 CaCO 3 = 2 CaO.SiO 2 + 2CO 2 ; NaAlO 2 rắn là sản phẩm từ thiêu kết, dễ tan trong nước. Còn 2CaO. SiO 2 không tan trong nước và đi vào cặn thải (bùn thải). Phương pháp thiêu kết có thể được áp dụng độc lập hoặc kết hợp với phương pháp Bayer: song song hoặc nối tiếp. - Sản xuất alumin bằng phương pháp Bayer (phương pháp thuỷ luyện) Công nghệ Bayer được Karl Bayer phát minh vào năm 1887. Khi làm việc ở Saint Petersburg, Nga ông đã phát triển từ một phương pháp ứng dụng alumin cho ngành công nghiệp dệt (nó được dùng làm chất ăn mòn trong nhuộm sợi bông), vào năm 1887 Bayer đã phát hiện rằng nhôm hydroxit kết tủa từ dung dịch kiềm ở dạng tinh thể và có thể tách lọc và rửa dễ dàng, trong khi nó kết tủa bởi sự trung hòa dung dịch trong môi trường axít, thì ở dạng sệt và khó rửa sạch. 7 Vài năm trước đó, Louis Le Chatelier, nhà bác học Pháp trong lĩnh vực hoá học và luyện kim đã phát triển phương pháp tạo ra alumin khi nung bauxit trong natri cacbonat, Na 2 CO 3 , ở 1200°C, tạo ra natri alumint (NaAlO 2 ) và nước, sau đó tạo kết tủa nhôm hydroxit bằng carbon dioxide, CO 2 , tiếp theo nhôm hidroxit được đem đi lọc và làm khô. Quá trình này đã không được sử dụng khi phương pháp của Bayer ra đời. Công nghệ Bayer trở nên rất quan trọng trong ngành luyện kim cùng với những phát minh về điện phân nhôm vào năm 1886. Cùng với phương pháp xử lý bằng xyanua được phát minh vào năm 1887, công nghệ Bayer đã hình thành ngành luyện kim bằng nước hiện đại. Ngày nay, công nghệ này vẫn không thay đổi và nó tạo ra hầu hết các sản phẩm nhôm trung gian trên thế giới. Để chuyển từ bauxit thành alumin, người ta nghiền quặng và trộn với đá vôi và sođa cốt tích, bơm hỗn hợp này vào bình chứa áp lực cao, rồi nung lên. Nhôm ôxít bị phân giải bằng sođa cốt tích, sau đó kết tủa, rửa, và nung để tách nước ra. Thành phẩm là bột màu trắng mịn hơn muối ăn mà ta gọi là alumin. Công nghệ Bayer là phương pháp sản xuất chính tinh luyện quặng thô bauxit để sản xuất ra quặng tinh alumin. Trong bauxit có đến 30-54% là alumin, Al 2 O 3 , phần còn lại là các silica, nhiều dạng ôxít sắt, và điôxít titan. Alumin phải được tinh chế trước khi có thể sử dụng để điện phân sản xuất ra nhôm kim loại. Trong quy trình Bayer, bauxit bị chuyển hóa bởi một luồng dung dịch natri hydroxit (NaOH) nóng lên tới 175°C để trở thành hydroxit nhôm, Al(OH) 3 tan trong dung dịch hydroxit theo phản ứng sau: Al 2 O 3 + 2OH − + 3H 2 O → 2[Al(OH) 4 ] − Các thành phần hóa học khác trong bauxit không hòa tan theo phản ứng trên được lọc và loại bỏ ra khỏi dung dịch tạo thành bùn đỏ, quặng đuôi hay đuôi quặng của loại quặng bauxit.Chính thành phần bùn đỏ này gây nên vấn đề môi trường liên quan đến đổ thải, giống như các loại quặng đuôi của các khoáng sản kim loại màu nói chung. Tiếp theo, dung dịch hydroxit được làm lạnh và hydroxit nhôm ở dạng hòa tan phân lắng tạo thành một dạng chất rắn, bông, có màu trắng. Khi được nung nóng lên tới 1050°C (quá trình canxit hóa), hydroxit nhôm phân rã vì nhiệt trở thành alumin và giải phóng hơi nước: 2Al(OH) 3 → Al 2 O 3 + 3H 2 O Công nghệ Bayer có thể khái quát gồm các công đoạn sau: - Bauxit được hoà tách với dung dịch kiềm NaOH. Lượng Al 2 O 3 được tách ra trong dạng NaAlO 2 hoà tan và được tách ra khỏi cặn không hoà tan (gọi là bùn đỏ mà chủ yếu là các ôxít sắt, ôxít titan, ôxít silic…). - Dung dịch aluminate, NaAlO 2 được hạ nhiệt đến nhiệt độ cần thiết và cho mầm Al(OH) 3 để kết tủa. 8 - Sản phẩm Al(OH) 3 cuối cùng được lọc, rửa và nung để tạo thành Al 2 O 3 thành phẩm. Sơ đồ nguyên lý dây chuyền công nghệ kiềm Bayer được giới thiệu trong hình dưới đây: Hình 1: Sơ đồ công nghệ sản xuất alumin theo phương pháp kiềm Bayer Trong quá trình sản xuất alumin bằng phương pháp Bayer, tùy theo thành phần khoáng vật của bauxit mà công nghệ Bayer được chia thành 2 phương pháp khác nhau: a. Công nghệ Bayer châu Mỹ Được áp dụng nếu Al 2 O 3 của bauxit ở dạng gippsite (trihydrate Al 2 O 3 . 3H 2 O), có thể được hoà tách dễ dàng. Bauxit này thường được hòa tách ở nhiệt độ tối đa 140- 145 0 C trong dung dịch hòa tách có nồng độ kiềm thấp (120-140g/l Na 2 O). b. Công nghệ Bayer châu Âu Được áp dụng nếu Al 2 O 3 của bauxit ở dạng boehmite và diaspore (monohydrate Al 2 O 3 .H 2 O), phải hòa tách ở nhiệt độ cao hơn 200 o C (240 - 250 o C trong các nhà máy hiện đại và có chất xúc tác đối với quặng diaspore) và trong dung dịch hòa tách có nồng độ kiềm cao hơn (180-250g/l Na 2 O). Bauxit Hòa tách trong Ôtôcla Lắng lọc Cô và cốt tích hóa Dung dịch cái Khuấy phân hóa Al(OH) 3 Dung dịch NaAlO 2 NaOH Bùn quặng Al(OH) 3 Nung Al 2 O 3 Vôi 9 1.3. Bùn đỏ và xử lý bùn đỏ Quặng thải bauxit hay còn gọi là bùn đỏ (bởi vì có mầu đỏ) là sản phẩm phụ chủ yếu từ quá trình hòa tách trong sản xuất alumin theo công nghệ Bayer. Khối lượng và chất lượng bùn đỏ, hàm lượng caustic của pha lỏng (dung dịch bám dính đi theo bùn đỏ) rất khác nhau tại các nhà máy luyện alumin khác nhau. Khối lượng bùn đỏ dao động từ 0,4 tấn đến 2 tấn (tấn khô) cho một tấn alumin sản phẩm, trước tiên phụ thuộc vào chất lượng bauxite đầu vào cấp cho nhà máy. Trong quá khứ người ta ít quan tâm đến rủi ro môi trường do hoạt động công nghiệp gây ra, trong đó có lưu giữ bùn đỏ. Trong 40 năm qua, thế giới đã đạt được nhiều tiến bộ trong rửa, khử nước và lưu giữ bùn đỏ. * Bản chất tự nhiên của bùn đỏ Khái niệm: Bùn đỏ hoặc quặng thải bauxit là cách gọi chất thải từ quá trình hoà tách khoáng sản alumin ngậm nước của bauxit. Bauxit được hoà tách với dung dịch kiềm NaOH. Lượng Al 2 O 3 hoà tan trong kiềm và được tách ra khỏi cặn không hoà tan, gọi là bùn đỏ. Dung dịch (NaAlO 2 ) có chứa Al 2 O 3 hoà tan được hạ nhiệt đến nhiệt độ cần thiết và cho mầm Al(OH) 3 để kết tủa. Sản phẩm Al(OH) 3 cuối cùng được lọc, rửa và nung cho mất nước để tạo thành Al 2 O 3 thành phẩm. Trong quá trình xử lý bauxit bằng kiềm, khoảng 76 - 93 % hàm lượng alumin được phân giải trong dung dịch và phần còn lại là cặn bã. Silicate (SiO 2 ) trong bauxit phản ứng với sodium aluminium silicates của các hợp thành khác nhau để chuyển thành chất cặn bã. Các thành phần cơ bản khác trong bauxit, như là sắt và titania, hàm lượng được nâng lên nhưng vẫn tồn tại ở thể rắn, và một số tạp chất nhỏ trong bauxit, như là gallium, vanadium, phốt pho, nickel, chromium, magnesium cũng có trong chất cặn bã bauxit. Khoáng sản alumin ngậm nước hòa tách được là gibbsite, boehmite và diaspore. Bauxit loại gibbsite thường được hoà tách ở nhiệt độ khoảng 140 - 150 o C (hoà tách nhiệt độ thấp). Bauxit boehmitic được hoà tách ở nhiệt độ 230 - 270 o C, trong khi bauxit diaspore ở nhiệt độ 240 - 280 o C. Vôi sử dụng tại các thời điểm khác nhau của chu trình Bayer trở thành hợp phần của bùn đỏ. Bùn đỏ chứa các hạt thô (> 106 μm), gọi là cát. Số lượng hạt cát thay đổi từ 0,1 đến 50 % trong chất thải hoà tách khác nhau, thông thường 5 %. Trong nhiều trường hợp hạt cát được tách ra khỏi trước khi gạn lọc và chuyển tới thiết bị rửa trong hệ thống tách. Hạt cát có thể chứa quartz. Như vậy, thực chất 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). 10 - Hợp chất hoá học của bùn đỏ Hợp chất khoáng học và hoá học của các loại bauxit khác nhau, do đó khả năng hoà tách và các thông số chu trình cũng khác nhau. Hợp chất khoáng học và hoá học cũng như đặc tính vật lý của bùn đỏ từ các nhà máy luyện alumin trên thế giới được nêu ở bảng 3 và bảng 4. 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. Bảng 3: Hợp chất hoá học của các loại bùn đỏ khác nhau Boké (Guinea) Weipa (Australia) Trombetas (Brasil) South Manch. (Jamaica) Darling Range (Australia) Iska (Hungary) Parnasse (Hy Lạp) Nhiệt độ hoà tách ( o C) 240 240 143 245 143 240 260 Hợp chất hoá học Al 2 O 3 SiO 2 Fe 2 O 3 TiO 2 L.O.I. Na 2 O 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 4: Hợp chất khoáng hoá của bùn đỏ khác nhau Hợp chất (%) Boké Weipa Trombetas South Manch. Darling Range Iszka Parnasse Gibbsite Hematite Goethite Cancrinite SAHS Sodalite Illite Boehmite Diaspore Ca-Al-Si CaTiO 2 Calcite 20,0 16,0 21,0 - - 5,0 1,2 - 2,0 4,6 33,0 3,5 18,0 - 27,0 - 2,0 2,0 - - - 0,5 - 38,0 19,0 27,0 - - 0,6 1,2 - 1,5 1,4 33,0 3,5 10,0 27,0 - 2,0 2,0 - - - 0,5 5,6 14,5 14,5 5,4 - 4,7 3,5 2,5 1,7 - 2,3 - 33,0 6,0 22,0 10,0 - 0,8 0,7 12,5 7,0 3,0 - 38,0 1,0 16,0 - 10,0 - 0,6 0,6 10,0 10,0 3,6 [...]... như sau: Bùn đỏ đã lọc được xử lý cơ học bằng cách khuấy mạnh để giảm độ nhớt Sau đó bùn được bơm từ nhà máy ra bãi thải Bãi thải bùn đỏ cần phải được bao quanh bằng cách đắp đập Vật liệu xây dựng được khai thác tại chỗ Bùn đỏ khô hoặc bùn đỏ đã được xử lý bằng vôi có thể được sử dụng để xây dựng đập đầu tiên Đập có thể được đắp cao bằng bùn đỏ đã được xử lý Hàm lượng kiềm hòa tan trong bùn đỏ phải... ưu tiên trong sản xuất alumin từ bauxit của Công ty Alcoa Hai khía cạnh quan trọng của Alcoa, Hoa kỳ gắn liền với khai thác bauxit và sản xuất alumin đó là: Khía cạnh thứ nhất: phục hồi và bảo tồn khu vực khai thác bauxit Khía cạnh thứ hai: lưu giữ và phục hồi khu chứa bã thải bauxit, một chất thải từ quá trình sản xuất alumin Alcoa là một công ty hàng đầu sản xuất các sản phẩm nhôm của Hoa Kỳ Trong. .. quặng được nâng lên và chi phí sản xuất giảm (khai khoáng và luyện alumin) * Công nghệ xử lý bùn đỏ Bauxsol Năm 1992 các nhà khoa học tại trường Đại học Southern Cross University ở New Zealand phát hiện ra đặc tính đặc biệt của bùn đỏ (sản phẩm thải của quá trình sản xuất 21 alumin từ quặng bauxit bằng phương pháp Bayer) là: sau khi được xử lý để thay đổi một số tính chất lý và hóa học thì có thể dùng... sống trong cộng đồng dân cư gần khu mỏ 2.2 Kinh nghiệm xử lý bã thải bauxit của Alcoa Thải và lưu giữ an toàn bã thải bauxit là một trong những nhiệm vụ quản lý môi trường quan trọng bậc nhất đối với sản xuất alumin Trong quá trình tinh chiết alumin, alumin trong bauxit bị hòa tan bởi dung dịch xút (NaOH) ở nhiệt độ và áp suất cao Phần chất rắn còn lại sau khi alumin bị hòa tan được gọi là bã thải bauxit. .. 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 * Quá trình hình thành và 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... các lỗ Nước trong ống được thu gom và bơm lên Bùn đỏ dạng vụn (không ngấm nước) hoặc bùn đỏ đậm đặc của dòng đáy do công nghệ thải khô nhiều lớp sản xuất ra rất khó thấm nước ngay cả lúc trời mưa Trong những năm 70, 70-80% bùn đỏ được lưu giữ bằng phương pháp ướt (tại các ao hồ), số còn lại lưu giữ trong biển ở 10 nhà máy luyện alumin lớn ở Hoa Kỳ, Australia và châu Âu Cho tới nay, bùn đỏ được thải... Trong năm 2008, chín nhà máy sản xuất alumin do Alcoa quản lý đã sản xuất 15,3 triệu tấn alumin bằng khoảng 20% sản lượng alumin toàn cầu Trong cùng năm, 23 nhà máy luyện nhôm do Alcoa quản lý đã sản xuất 4 triệu tấn nhôm Thành tích vượt bậc toàn cầu của Alcoa về bảo vệ môi trường và phát triển bền vững đã thường xuyên được ghi nhận Tháng 1 năm 2009, Alcoa được vinh danh là một trong những công ty phát... Vận chuyển bùn dạng cục Chi phí vận chuyển bùn đỏ dạng vụn đã lọc tương đối rẻ Loại hình vận chuyển này có thể phù hợp với sự thất thường của dây chuyền sản xuất Tuy nhiên phải có xe tải chuyên dụng nếu vận chuyển bùn đỏ từ thiết bị lọc hình trống chân không * Băng tải Băng tải là một giải pháp khác để vận chuyển bùn đỏ dạng vụn không kết dính - Thải và lưu giữ bùn đỏ Có hai cách thải bùn đỏ là thải... này có thể diễn ra nhanh 11 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... tính hóa lý của tro bay và bã thải bauxit Kiến đã xâm nhập khu vực phục hồi và nhờ các hoạt động của chúng mà bã thải bauxit được trộn lẫn với tro bay 2.6 Phục hồi khu chứa bã thải bauxit của Pocos de Caldas, Brazil Nhà máy alumin của Alcoa tại Pocos de Caldas ở Brazil bắt đầu sản xuất alumin năm 1970 và là nhà máy alumin đầu tiên của Alcoa tại Brazil Trong vòng mấy thập kỷ kể từ khi bắt đầu sản xuất, . công nghệ xử lý bùn đỏ trong sản xuất alumin từ bauxit, Trung tâm Thông tin KH&CN Quốc gia xin giới thiệu Tổng luận: “XỬ LÝ BÙN ĐỎ TRONG SẢN XUẤT ALUMIN TỪ BAUXIT . Hy vọng tài liệu sẽ. Bùn quặng Al(OH) 3 Nung Al 2 O 3 Vôi 9 1.3. Bùn đỏ và xử lý bùn đỏ Quặng thải bauxit hay còn gọi là bùn đỏ (bởi vì có mầu đỏ) là sản phẩm phụ chủ yếu từ quá trình hòa tách trong sản. ra, trong đó có lưu giữ bùn đỏ. Trong 40 năm qua, thế giới đã đạt được nhiều tiến bộ trong rửa, khử nước và lưu giữ bùn đỏ. * Bản chất tự nhiên của bùn đỏ Khái niệm: Bùn đỏ hoặc quặng thải bauxit