Nghiên cứu ảnh hưởng của một số ion đến khả năng thủy phân và tồn lưu của các kim loại nặng chính có trong quặng đồng sinh quyền

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Vũ Thị Hà Mai NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA MỘT SỐ ION ĐẾN KHẢ NĂNG THỦY PHÂN VÀ TỒN LƢU CỦA CÁC KIM LOẠI NẶNG CHÍNH CÓ TRONG QUẶNG ĐỒNG SINH QUYỀN LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC HÀ NỘI - NĂM 2015 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Vũ Thị Hà Mai NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA MỘT SỐ ION ĐẾN KHẢ NĂNG THỦY PHÂN VÀ TỒN LƢU CỦA CÁC KIM LOẠI NẶNG CHÍNH CÓ TRONG QUẶNG ĐỒNG SINH QUYỀN Chuyên ngành : Hóa môi trường Mã số : 60440120 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS TS TRẦN HỒNG CÔN HÀ NỘI - NĂM 2015 LỜI CẢM ƠN Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy giáo, cô giáo khoa Hóa học, trường Đại học Khoa học tự nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội trang bị kiến thức cho suốt trình học tập Đặc biệt, xin gửi lời cảm ơn trân trọng đến PGS TS Trần Hồng Côn, tận tình hướng dẫn suốt thời gian thực luận văn Xin gửi lời cảm ơn tới thầy cô, anh chị, bạn làm việc Bộ môn Hóa môi trường giúp đỡ việc thu thập, tìm tài liệu, tạo điều kiện thuận lợi trình nghiên cứu, cho lời khuyên quý giá để luận văn hoàn thiện Cuối cùng, xin chân thành cảm ơn cha mẹ, anh chị em gia đình, bạn bè sát cánh hỗ trợ động viên vật chất lẫn tinh thần để toàn tâm, toàn ý cho công việc Xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 26 tháng 12 năm 2014 Học viên Vũ Thị Hà Mai MỤC LỤC Lời cảm ơn Danh mục bảng Danh mục hình Mở đầu Chƣơng TỔNG QUAN 1.1 Sơ lược trữ lượng quặng đồng Việt Nam mỏ đồng Sinh Quyền 1.1.1 Trữ lượng phân bố quặng đồng sunfua Việt Nam 1.1.2 Trữ lượng quặng đồng sunfua mỏ đồng Sinh Quyền 1.1.3 Một số loại quặng đồng sunfua 1.1.4 Các quy trình khai thác quặng Việt Nam 1.2 Nguy ô nhiễm kim loại nặng bãi thải khai thác chế biến khoáng sản 13 1.2.1 Nguồn gây ô nhiễm 13 1.2.2 Con đường phát tán kim loại nặng chất độc hại vào môi trường 15 1.3 Tình trạng ô nhiễm khu vực khai thác quặng Việt Nam 16 1.3.1 Tại mỏ quặng Việt Nam 16 1.3.2 Tại khu vực mỏ đồng Sinh Quyền – Lào Cai 18 1.4 Quá trình phong hóa quặng sunfua 19 1.4.1 Phong hóa vật lý 19 1.4.2 Phong hóa hóa học 21 1.4.3 Phong hóa sinh học 24 1.5 Các trình sau phong hóa quặng sunfua 24 1.5.1 Quá trình kết tủa 25 1.5.2 Quá trình tạo phức 26 1.5.3 Quá trình thủy phân 26 1.5.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến trình thủy phân tạo kết tủa 27 1.6 Ảnh hưởng kim loại nặng đến thể sống người 28 1.6.1 Sắt 28 1.6.2 Cadmi 29 1.6.3 Chì 30 1.6.4 Coban 31 1.6.5 Crom 32 1.6.6 Đồng 33 1.6.7 Kẽm 34 1.6.8 Mangan 35 1.6.9 Niken 36 Chƣơng THỰC NGHIỆM 2.1 Đối tượng nghiên cứu 37 2.2 Mục tiêu nghiên cứu 37 2.3 Phương pháp nghiên cứu 37 2.4 Danh mục hoá chất thiết bị cần thiết cho nghiên cứu 38 2.5 Thực nghiệm 41 2.5.1 Nghiên cứu ảnh hưởng pH tới thủy phân kim loại nặng có quặng 41 2.5.2 Ảnh hưởng pH nồng độ ion Fe3+ thủy phân kim loại nặng 42 2.5.3 Ảnh hưởng pH nồng độ ion Cu2+ thủy phân kim loại nặng 43 2.5.4 Ảnh hưởng pH tương tác kim loại nặng có thành phần giống quặng thủy phân điều kiện tương tự phong hóa 44 Chƣơng KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Nghiên cứu ảnh hưởng pH tới thủy phân kim loại nặng có quặng 45 3.2 Ảnh hưởng pH nồng độ ion Fe3+ thủy phân kim loại nặng 50 3.3 Ảnh hưởng pH nồng độ ion Cu2+đối với thủy phân kim loại nặng 61 3.4 Ảnh hưởng pH tương tác kim loại nặng có thành phần giống quặng đến thủy phân tồn lưu điều kiện tương tự phong hóa 72 KẾT LUẬN 76 TÀI LIỆU THAM KHẢO 78 DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Bảng 2.1.a Bảng tích số tan số hidroxit kim loại nặng có quặng đồng Danh mục hoá chất cần thiết cho nghiên cứu Bảng 2.1.b Danh mục hoá chất cần thiết cho nghiên cứu Bảng 2.2 Danh mục thiết bị cần thiết cho nghiên cứu Bảng 2.3 Tỷ lệ kim loại quặng Bảng 3.1 Bảng 3.2 Bảng 3.3 Bảng 3.4 Bảng 3.5 Bảng 3.6 Bảng 3.7 Bảng 3.8 Bảng 3.9 Bảng 3.10 Kết nồng độ ion kim loại lại sau thủy phân pH thay đổi Ảnh hưởng pH nồng độ ion Fe3+ thủy phân Pb2+ Ảnh hưởng pH nồng độ ion Fe3+ thủy phân Co2+ Ảnh hưởng pH nồng độ ion Fe3+ thủy phân Ni2+ Ảnh hưởng pH nồng độ ion Fe3+ thủy phân Cr3+ Ảnh hưởng pH nồng độ ion Fe3+ thủy phân Mn2+ Ảnh hưởng pH nồng độ ion Fe3+ thủy phân Cd2+ Ảnh hưởng pH nồng độ ion Fe3+đối với thủy phân Zn2+ Ảnh hưởng pH nồng độ ion Cu2+ thủy phân Pb2+ Ảnh hưởng pH nồng độ ion Cu2+ thủy phân Co2+ Bảng 3.11 Bảng 3.12 Bảng 3.13 Bảng 3.14 Bảng 3.15 Bảng 3.16 Ảnh hưởng pH nồng độ ion Cu2+ thủy phân Ni2+ Ảnh hưởng pH nồng độ ion Cu2+ thủy phân Mn2+ Ảnh hưởng pH nồng độ ion Cu2+ thủy phân Cr3+ Ảnh hưởng pH nồng độ ion Cu2+ thủy phân Cd2+ Ảnh hưởng pH nồng độ ion Cu2+ thủy phân Zn2+ Ảnh hưởng pH tương tác ion có thành phần, tỷ lệ tương tự quặng thủy phân ion lại DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 3.1 Khảo sát ảnh hưởng pH Hình 3.2 Ảnh hưởng pH nồng độ ion Fe3+ thủy phân Pb2+ Hình 3.3 Ảnh hưởng pH nồng độ ion Fe3+ thủy phân Co2+ Hình 3.4 Ảnh hưởng pH nồng độ ion Fe3+ thủy phân Ni2+ Hình 3.5 Ảnh hưởng pH nồng độ ion Fe3+ thủy phân Cr3+ Hình 3.6 Ảnh hưởng pH nồng độ ion Fe3+ thủy phân Mn2+ Hình 3.7 Ảnh hưởng pH nồng độ ion Fe3+ thủy phân Cd2+ Hình 3.8 Ảnh hưởng pH nồng độ ion Fe3+đối với thủy phân Zn2+ Hình 3.9 Ảnh hưởng pH nồng độ ion Cu2+ thủy phân Pb2+ Hình 3.10 Ảnh hưởng pH nồng độ ion Cu2+ thủy phân Co2+ Hình 3.11 Ảnh hưởng pH nồng độ ion Cu2+ thủy phân Ni2+ Hình 3.12 Ảnh hưởng pH nồng độ ion Cu2+ thủy phân Mn2+ Hình 3.13 Ảnh hưởng pH nồng độ ion Cu2+ thủy phân Cr3+ Hình 3.14 Ảnh hưởng pH nồng độ ion Cu2+ thủy phân Cd2+ Hình 3.15 Ảnh hưởng pH nồng độ ion Cu2+ thủy phân Zn2+ Hình 3.16 Ảnh hưởng pH tương tác ion có thành phần, tỷ lệ tương tự quặng thủy phân ion lại MỞ ĐẦU Hiện nay, với phát triển vũ bão ngành công nghiệp, nhu cầu sử dụng kim loại ngày tăng Ngoài việc nhập lượng kim loại với chi phí cao nước ta tận dụng triệt để trữ lượng tài nguyên khoáng sản tương đối lớn đa dạng Tuy nhiên, việc khai thác khoáng sản để lại hậu nghiêm trọng cho môi trường Trong tự nhiên có khoảng 70 kim loại nặng, kim loại có tỉ khối lớn gam/cm3 Kim loại nặng có hầu hết mỏ khoáng sản với hàm lượng khác nhau, tuỳ thuộc vào loại khoáng sản vùng địa chất khác Trong kim loại nặng, có số nguyên tố cần thiết cho thể sống người giới hạn cho phép đấy, chúng nguyên tố vi lượng như: Cu, Zn, Mn, Mo… hàm lượng vượt giới hạn cho phép đó, chúng gây độc hại nghiêm trọng cho thể Tuy nhiên khả gây độc kim loại nặng hoàn toàn phụ thuộc vào trạng thái tồn chúng Trong hoạt động khai thác khoáng sản, người làm biến đổi trạng thái tồn kim loại nặng, chuyển chúng thành dạng ion tự vào môi trường đất, môi trường nước hạt bụi có kích thước nhỏ bé không khí xâm nhập vào thể người thông qua đường tiêu hóa hô hấp, dẫn đến nhiễm độc Đa số kim loại nặng với đặc tính bền vững môi trường, có khả gây độc liều lượng thấp tích luỹ lâu dài chuỗi thức ăn, xem chất thải nguy hại Mỏ đồng Sinh Quyền – Lào Cai có trữ lượng gần 100 triệu quặng, nguồn lợi cho nhiều nhà đầu tư việc khai thác Do lực có hạn, trang thiết bị thô sơ, lạc hậu, quy trình khai thác phần lớn theo thủ công, chưa đảm bảo quy định bảo vệ môi trường nên sau lấy phần quặng giàu kim loại cần khai thác bỏ toàn phần quặng nghèo khoáng sản Các kim loại nặng có quặng, tác dụng trình phong hóa tự nhiên bị phân 10 hủy, thủy phân, hòa tan kết tủa để vận chuyển tồn lưu, có ảnh hưởng to lớn đến môi trường sinh thái địa phương, ảnh hưởng đến sức khỏe người động thực vật Vì vậy, lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu ảnh hƣởng số ion đến khả thủy phân tồn lƣu kim loại nặng có quặng đồng Sinh Quyền” 11 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Doãn Văn Kiệt, Một số nguyên tố vi lượng thường gặp nước ảnh hưởng chúng, Đại học tây Bắc Đỗ Thị Vân Thanh – Trịnh Hân (2011), Khoáng vật học, nhà xuất Đại học Quốc gia Hà Nội Đào Thị Phương Diệp, Đỗ Văn Huê (2007), Giáo trình hóa học phân tích, Nhà xuất Đại học Sư phạm Đặng Trung Thuận (2000), Giáo trình địa hoá học, Đại học quốc gia Hà Nội Hồ Sĩ Giao, Mai Thế Toàn (2011), Những điểm nóng môi trường hoạt động khai thác mỏ Việt Nam, Hội nghị khoa học kỹ thuật mỏ quốc tế 2010 Hoàng Nhâm(2001), Hoá học vô cơ, tập 2,3, Nhà xuất giáo dục Lâm Ngọc Thụ (2005), Cơ sở Hóa học phân tích, NXB Đại học Quốc gia Hà Nội Nguyễn Thị Kim Dung (2011), Nghiên cứu trình ô nhiễm asen mangan nước tác động môi trường oxi hoá khử tự nhiên ứng dụng xử lý chúng nguồn, Luận án tiến sĩ Hoá học, Đại học Quốc gia Hà Nội Nguyễn Thị Thuỳ Dương (2007), Nghiên cứu mối quan hệ môi trường nuôi trồng tới khả tích luỹ số kim loại nặng loài Nghêu(Meretrixlyrata) xóm I-II, xã Nam Thịnh, huyện Tiền Hải, tỉnh Thái Bình, Khoá luận tốt nghiệp Đại học, Đại học dân lập Hải Phòng 10 Nguyễn Tinh Dung (1998), Hóa học phân tích II, Các phản ứng ion dung dịch nước, Nhà xuất Giáo dục 11 Phạm Ngọc Hồ-Đồng Kim Loan-Trịnh Thị Thanh (2010), Giáo trình sở môi trường nước, Nhà xuất giáo dục 12 12 Phạm Tích Xuân (2011), Nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng bãi thải khai thác chế biến khoáng sản kim loại đến môi trường sức khỏe người đề xuất biện pháp giảm thiểu, Chương trình KHCN cấp nhà nước, Bộ Khoa học Công nghệ 13 Tuấn Nghĩa (2011), Kiểm soát ô nhiễm môi trường mỏ, Báo kinh tế đối ngoại 14 Trần Thị Bính, Phùng Tiến Đạt, Lê Viết Phùng, Phạm Văn Thường (1999), Hóa học Công nghệ Môi trường, Nhà xuất Giáo dục 15 Trần Tứ Hiếu, Nguyễn Văn Nội (2008), Cơ sở Hoá học môi trường, Đại học Quốc gia Hà Nội 16 Trần Tuấn Anh (2010), Nghiên cứu thành phần kèm kiểu tụ khoáng kim loại kim loại quý có triển vọng miền Bắc Việt Nam nhằm nâng cao hiệu khái thác chế biến khoáng sản bảo vệ môi trường, Chương trình KHCN cấp nhà nước, Bộ Khoa học Công nghệ Tiếng Anh 17 Bates, M.N., Smith, A.H., and Hopenhayn-Rich, C (1992), Arsenic ingestion and internal cancers a review, Am.J.Epidemiol.135:462-476 18 Churl Gyu Lee,Hyo-Teak Chon, Myung Chae Jung (2011), “Heavy metal contamination in the vicinity of the Daduk Au-Ag-Pb-Zn mine in Korea”, Applied Geochemistry 16 (2011) 1377-1386 19 Cunningham, W.P and Saigo, B.W (2001), Environmental Science: A global concern 6thedt, McGraw-Hill Companies, Inc 20 Global Mining Campaign (2001), “The impact of handrock mining on the environment and human health”, Uccn puplished paper International Meeting, Warrenton, Virginia, USA September 15-19, 2001, 10pp 13 21 Iyengar V, Nair p (2000), “Global outlook on nutrition and the environment: meeting the challenges of the next millennium”, Science Total Environmental; 249; 331-46 22 Jame W Moore, S Ramamoorthy (1984), Heavy metal in natural waters, Springer-Verlag Nework Berlin Heidelberg Tokyo 23 Lacatusu R, Rauta C, Carstea S, ghelase I (1996), “Soil-plant-man relationships in heavy metal polluted area in Romania”, Appl Geochem; 10:105-7 24 Liu H, Probst A, Liao B (2005), “Metal contamination of soils and crops affected by the Chenzhou lead/zinc mine spill” (Human China) science of the Total Environment 339:53-166 25 Manfred Felician Bitala (2008), Evaluation of heavy metals pollution in soil and plants ảccued from gold mining activities in Geita, Tanzana, University of Dar es Salaam 26 Montgomery CW (2003), Environment Geology, 6th edition McGraw-hill Companies, Inc., 1221 Aveneu of the Americans, New York 27 Moran, J.M, Morgan, M.D and Wiersma, J.H (1980), Introduction to environmental science, W.H.Freeman Company, Sanfrancisco 28 Paul Leslie Brown (1984), Studies on the hydrolysis of metal ions, University of Wollongong 29 Plunket E.R (1987), handbook of industrial toxicity, 3rd edition, Edward Amold Ltd, Victoria, Australia 30 Robert A Alberty (1968), Effect of pH and metal ion concentration on the Equilibrium hydrolysis of adenosine triphosphate to adenosine diphosphate, The journal of Biological chemistry 243, 1337 – 1343 14 31 Teng Yanguo, Ni Shijun, Jiao Pengcheng, Deng Jian, Zhang Chengjiang, and Wang Jinsheng, “Eco-Environmental Geochemistry ò heavy metal pollution in Dexing Mining Area”, Vol.23 No.4 Chinese journal of geochemistry 32 Tu’’rkdogan MK, Kilicel Fevzi, Kara Lazim, tuncer Ilyas, Uygan Ismail (2003), “Heavy metals in soil, vegetables aand fruits in the endemic upper gastrointestinal cancer region of Turkey”, Environ Toxicon Pharmacol; 13(3):175-9 33 UNEP, WWF, EPA, SEDESOL and VROM (1995), Mining support package: metallic Ores and Minerals, Proceedings of the fourth International Conference on environmental compliance and forcement, April 1996, Bankok Thailand 34 WHO, FAO and IAEA (1996), trace elements in human nutrition and health, WHO, Geneva 35 Williams, L.K and Langley, R.L, (2001), Environmental health secrets, Hanley and Belfus, Inc, Philadelphia 15