Bauxit là một trong những khoáng sản phổ biến trên thế giới để chế biến nhôm kim loại và Việt Nam được xác định là một trong những nước có nguồn Bauxit lớn trên thế giới. Theo kết quả điều tra thăm dò địa chất chưa đầy đủ, ở nước ta tài nguyên khoáng sản Bauxit phân bố rộng từ Bắc đến Nam với trữ lượng khoảng 5,5 tỷ tấn quặng nguyên khai, tương đương với 2,4 tỷ tấn quặng tinh; tập trung chủ yếu ở Tây Nguyên (chiếm 91,4%), trong đó Đăk Nông 1,44 tỷ tấn (chiếm 61%). So với các mỏ Bauxit trên thế giới, Bauxit ở Việt Nam được đánh giá có chất lượng trung bình 12. Bùn đỏ là bã thải của quá trình sản xuất nhốm từ quặng bauxit theo phương pháp Bayer. Do tính kiềm cao và lượng bùn thải lớn, bùn đỏ sẽ là tác nhân gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng nếu không được quản lý tốt. Bùn đỏ là hỗn hợp bao gồm các hợp chất như sắt, nhôm... và một lượng lớn xút dư thừa do quá trình hòa tan và tách quặng bauxit. Đây là hợp chất độc hại, thậm chí bùn đỏ được ví như “bùn bẩn”. Hiện nay, trên thế giới chưa có nước nào xử lý triệt để được vấn đề bùn đỏ. Cách phổ biến mà người ta vẫn thường làm là chôn lấp bùn đỏ ở các vùng đất ít người, ven biển để tránh độc hại 12. Đặc biệt ở nước ta hiện nay đang xây dựng nhiều dự án khai thác Bauxit như: Nhân Cơ (Tỉnh Đắc Nông) và Tân Rai (Tỉnh lâm Đồng), cả hai nhà máy đều có công suất 650 000 tấn aluminnăm. Với quy hoạch phát triển bauxit ở Tây Nguyên đến năm 2015 mỗi năm sản xuất khoảng 7 triệu tấn Alumin, tương đương với việc thải ra môi trường 10 triệu tấn bùn đỏ. Đến năm 2025 là 15 triệu tấn alumin tương đương với 23 triệu tấn bùn đỏ. Cứ như thế sau 10 năm sẽ có 230 triệu tấn và sau 50 năm sẽ có 1,15 tỷ tấn bùn đỏ tồn đọng trên vùng Tây Nguyên. Hiện tại, ở Việt Nam hầu như chưa có biện pháp hữu hiệu để xử lý cũng như tận dụng nguồn chất thải này. Mặc dù, bên trong bùn đỏ có chứa một số thành phần hóa học rất hữu ích cho các ngành công nghiệp khác như: công nghiệp thép, công nghiệp xi măng, vật liệu xây dựng nhẹ…12. Bên cạnh đó, ô nhiễm môi trường nước hiện nay vẫn là một vấn đề được toàn xã hội quan tâm. Cùng với sự gia tăng các hoạt động công nghiệp là việc sản sinh các chất thải nguy hại, tác động tiêu cực trực tiếp đến sức khỏe con người và hệ sinh thái. Các hoạt động khai thác mỏ, công nghiệp thuộc da, công nghiệp điện tử, mạ điện, lọc hóa dầu hay công nghệ dệt nhuộm…, đã tạo ra các nguồn ô nhiễm chính chứa các kim loại nặng độc hại...Trong đó phải kể đến ion Zn2+. Zn là dinh dưỡng thiết yếu nhưng nó sẽ gây ra các chứng bệnh nếu thiếu hụt cũng như dư thừa. Zn còn có khả năng gây ung thư, gây ngộ độc hệ thần kinh, sự nhạy cảm, sự sinh sản, gây độc đến hệ miễn nhiễm
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT LÊ VĂN BẮC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: “NGHIÊN CỨU XỬ LÝ CHẤT THẢI BÙN ĐỎ TỪ QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT BAUXIT LÀM CHẤT HẤP PHỤ VÀ ỨNG DỤNG XỬ LÝ ION Zn2+ TRONG NƯỚC THẢI” Hà Nội – 11/2014 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT LÊ VĂN BẮC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: “NGHIÊN CỨU XỬ LÝ CHẤT THẢI BÙN ĐỎ TỪ QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT BAUXIT LÀM CHẤT HẤP PHỤ VÀ ỨNG DỤNG XỬ LÝ ION Zn2+ TRONG NƯỚC THẢI” GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN TS TỐNG THỊ THANH HƯƠNG Hà Nội – 11/2014 vi LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, cho phép em bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Thầy Cô giáo trường Đại học Hồng Đức, Đại học Mỏ-Địa chất nói chung, Thầy Cô giáo Khoa Dầu Khí môn Lọc Hóa - Dầu trường Đại học MỏĐịa chất nói riêng Cảm ơn Thầy, Cô tận tình dạy dỗ, bảo giúp đỡ tạo điều kiện cho em nghiên cứu thực đồ án Đặc biệt, em xin chân thành cảm ơn cô Ts.Tống Thị Thanh Hương hướng dẫn, bảo tận tình, chu đáo định hướng cho em suốt thời gian làm đồ án Cuối cùng, em xin cảm ơn gia đình bạn bè điểm tựa, nguồn động viên, ủng hộ em suốt thời gian làm đồ án Em xin trân trọng gửi đến quý thầy cô, gia đình bạn bè em lời chúc tốt đẹp Trong trình thực hiện, điều kiện thực tế vốn kiến thức hạn chế nên tránh khỏi sai sót Kính mong quan tâm đóng góp ý kiến quý thầy cô giáo bạn để đồ án em hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 15 tháng 11 năm 2014 Sinh viên thực Lê Văn Bắc vi MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN v MỤC LỤC vi DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ viii DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU vi LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG – TỔNG QUAN .4 1.1 TỔNG QUAN VỀ BAUXIT 1.1.1 Giới thiệu bauxit 1.1.2 Tình hình khai thác sản xuất bauxit Việt Nam giới 1.1.2 Quy trình Bayer – Nguồn gốc sinh bùn đỏ 1.2 TỔNG QUAN VỀ BÙN ĐỎ .10 1.2.1 Khái niệm 10 1.2.2 Thành phần bùn đỏ 11 1.2.3 Phương pháp thải .15 1.2.4.Tác động môi trường 18 1.2.5 Ứng dụng bùn đỏ 19 1.2.6 Bùn đỏ từ nhà máy hóa chất Tân Bình .20 1.3 TỔNG QUAN KHÍ THẢI CÔNG NGHIỆP VÀ XỬ LÝ CO2 TRONG KHÍ THẢI CÔNG NGHIỆP 21 1.3.1 Khí thải công nghiệp .21 1.3.2 Xử lý CO2 khí thải công nghiệp 21 1.4 NƯỚC THẢI CÓ CHỨA KIM LOẠI NẶNG 25 1.4.1 Định nghĩa nguồn phát sinh kim loại nặng 25 1.4.2 Tính chất kim loại nặng .26 1.4.3 Tác hại ô nhiễm kim loại nặng 27 1.4.4 Các phương pháp xử lý ô nhiễm kim loại nặng .27 1.4.5 Kẽm (Zn) 31 CHƯƠNG THỰC NGHIỆM 33 2.1 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU .33 2.2 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU .33 vi 2.3 HÓA CHẤT VÀ THIẾT BỊ DỤNG CỤ .33 2.3.1 Hóa chất 33 2.3.2 Thiết bị 33 2.4 CHUẨN BỊ VẬT LIỆU HẤP PHỤ TỪ BÙN ĐỎ 34 2.4.1 Xử lý thô hoạt hóa bùn đỏ 34 2.4.2 Chuẩn bị dung dịch Zn2+ 34 2.5 QUY TRÌNH THỰC NGHIỆM CHUNG 35 2.5.1 Khảo sát ảnh hưởng thời gian tiếp xúc đến khả hấp phụ bùn đỏ ion Zn2+ 36 2.5.2 Khảo sát ảnh hưởng pH ban đầu dung dịch chứa ion Zn2+ tới trình hấp phụ bùn đỏ hoạt hóa 36 2.5.3 Khảo sát ảnh hưởng lượng chất hấp phụ tới trình hấp phụ .36 2.6 PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ THỰC NGHIỆM .37 2.6.1 Phương pháp xây dựng đường đẳng nhiệt hấp phụ 37 2.6.2 Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) phân tích cấu trúc vật liệu .39 2.6.3 Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) 40 2.6.4 Phương pháp hiển vi điện tử quét (Scaning Electron Microscopy-SEM) 41 2.7 XỬ LÝ SỐ LIỆU THỰC NGHIỆM 42 2.7.1 Hiệu suất hấp phụ ion Zn2+ .42 2.7.2 Tải trọng hấp phụ bùn đỏ ion Zn2+ 42 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 43 3.1 Đặc trưng vật liệu hấp phụ 43 3.1.1 Kết phân tích AAS 43 3.1.2 Phân tích, đánh giá bùn đỏ trước sau hoạt hóa nhiệt độ 43 3.1.3 Ảnh hiển vi điện tử quét 45 3.2 Xây dựng đường chuẩn hấp phụ ion Zn2+ 46 3.3 Đánh giá khả hấp phụ ion Zn2+ mẫu bùn đỏ hoạt hóa .47 3.3.1 Khảo sát ảnh hưởng thời gian hấp phụ 47 3.3.2 Khảo sát ảnh hưởng pH dung dịch chứa ion Zn2+ ban đầu 49 3.3.3 Khảo sát ảnh hưởng hàm lượng bùn đỏ hoạt hóa ban đầu đem hấp phụ 50 3.3.4 Xây dựng phương trình đường đẳng nhiệt hấp phụ 51 KẾT LUẬN 60 vi PHỤ LỤC 64 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1 Sự phân bố quặng bauxit Việt Nam Hình 1.2 Sơ đồ công nghệ sản xuất alumin theo phương pháp kiềm Bayer[8] 10 Hình 1.3 Sơ đồ hiệu suất trình sản xuất nhôm 11 Hình 1.4 Độ tan hematite goethite theo pH 11 Hình 1.5 Các nhóm hydroxyl bề mặt oxit sắt 12 Hình 1.6 Đường cong chuẩn độ vữa bùn đỏ dung dịch kiềm .14 Hình 1.7 Sơ đồ thải bùn đỏ khô nhiều lớp Alcoa [3] 18 Hình 1.8 Các phương án xử lý tái chế bùn đỏ[21] 19 Hình 1.9 Ô nhiễm kim loại nặng tác động người đất nước[10] 26 Hình Sơ đồ quy trình hoạt hóa bùn đỏ 34 Hình 2 Sơ đồ quy trình thực nghiệm chung 35 Hình Đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir .38 Hình Đường hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich .39 Hình Sự phụ thuộc lgq vào lgCe 39 Hình Sơ đồ pha tia X phản xạ tinh thể 40 Hình Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu bùn đỏ hoạt hóa RM 25 44 Hình 3 Ảnh SEM mẫu bùn đỏ RM 25 a) trước hoạt hóa b) sau hoạt hóa 45 Hình Đường chuẩn thể mối quan hệ cường độ hấp thụ nồng độ ion Zn2+ 47 Hình Ảnh hưởng thời gian đến dung lượng hấp phụ 48 vi Hình Ảnh hưởng lượng BĐHH khác đến hiệu suất hấp phụ ion Zn2+ 50 Hình Mô theo phương trình Langmuir 51 Hình Mô theo phương trình Freundlich 52 vi DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Phân bố trữ lượng bauxite Châu lục Bảng 1.2 Các nước có tiềm lớn hàng đầu bauxit Bảng 1.3 Thành phần hóa học quặng bauxit Lâm Đồng 20 Bảng 3.4 Kết phân tích thành phần bùn đỏ thô 43 Bảng 3.5 Cấu trúc pha hợp phần mẫu RM 25 44 Bảng 3.6 Cấu trúc pha hợp phần mẫu RM 25 hoạt hóa nhiệt độ 500 oC 45 Bảng 3.7 Sự phụ thuộc nồng độ ion Zn2+ vào diện tích pic 46 Bảng 3.8 Dung lượng hấp phụ mẫu RM25 hoạt hóa theo thời gian pH = 48 Bảng 3.9 Hiệu suất hấp phụ ion Zn2+ tương ứng với pH ban đầu khác 49 Bảng 3.10 Hiệu suất hấp phụ tương ứng với hàm lượng bùn đỏ đem hấp phụ: 50 Bảng 3.11 Các giá trị xây dựng đường đẳng nhiệt hấp phụ .51 Bảng 3.12 Các hệ số phương trình Freundlich Langmuir 52 vi LỜI MỞ ĐẦU LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Bauxit khoáng sản phổ biến giới để chế biến nhôm kim loại Việt Nam xác định nước có nguồn Bauxit lớn giới Theo kết điều tra thăm dò địa chất chưa đầy đủ, nước ta tài nguyên khoáng sản Bauxit phân bố rộng từ Bắc đến Nam với trữ lượng khoảng 5,5 tỷ quặng nguyên khai, tương đương với 2,4 tỷ quặng tinh; tập trung chủ yếu Tây Nguyên (chiếm 91,4%), Đăk Nông 1,44 tỷ (chiếm 61%) So với mỏ Bauxit giới, Bauxit Việt Nam đánh giá có chất lượng trung bình [12] Bùn đỏ bã thải trình sản xuất nhốm từ quặng bauxit theo phương pháp Bayer Do tính kiềm cao lượng bùn thải lớn, bùn đỏ tác nhân gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng không quản lý tốt Bùn đỏ hỗn hợp bao gồm hợp chất sắt, nhôm lượng lớn xút dư thừa trình hòa tan tách quặng bauxit Đây hợp chất độc hại, chí bùn đỏ ví “bùn bẩn” Hiện nay, giới chưa có nước xử lý triệt để vấn đề bùn đỏ Cách phổ biến mà người ta thường làm chôn lấp bùn đỏ vùng đất người, ven biển để tránh độc hại [12] Đặc biệt nước ta xây dựng nhiều dự án khai thác Bauxit như: Nhân Cơ (Tỉnh Đắc Nông) Tân Rai (Tỉnh lâm Đồng), hai nhà máy có công suất 650 000 alumin/năm Với quy hoạch phát triển bauxit Tây Nguyên đến năm 2015 năm sản xuất khoảng triệu Alumin, tương đương với việc thải môi trường 10 triệu bùn đỏ Đến năm 2025 15 triệu alumin tương đương với 23 triệu bùn đỏ Cứ sau 10 năm có 230 triệu sau 50 năm có 1,15 tỷ bùn đỏ tồn đọng vùng Tây Nguyên Hiện tại, Việt Nam chưa có biện pháp hữu hiệu để xử lý tận dụng nguồn chất thải Mặc dù, bên bùn đỏ có chứa số thành phần hóa học hữu ích cho ngành công nghiệp khác như: công nghiệp thép, công nghiệp xi măng, vật liệu xây dựng nhẹ…[12] Bên cạnh đó, ô nhiễm môi trường nước vấn đề toàn xã hội quan tâm Cùng với gia tăng hoạt động công nghiệp việc sản sinh chất thải nguy hại, tác động tiêu cực trực tiếp đến sức khỏe người hệ sinh vi thái Các hoạt động khai thác mỏ, công nghiệp thuộc da, công nghiệp điện tử, mạ điện, lọc hóa dầu hay công nghệ dệt nhuộm…, tạo nguồn ô nhiễm chứa kim loại nặng độc hại Trong phải kể đến ion Zn2+ Zn dinh dưỡng thiết yếu gây chứng bệnh thiếu hụt dư thừa Zn có khả gây ung thư, gây ngộ độc hệ thần kinh, nhạy cảm, sinh sản, gây độc đến hệ miễn nhiễm [5,13,14,] Để xử lý kim loại nặng màu nước thải nói chung ion Zn 2+ nói riêng có nhiều phương pháp, phương pháp hấp phụ đánh giá phương pháp hữu hiệu Mà nay, hướng nghiên cứu vật liệu hấp phụ chế tạo vật liệu hấp phụ giá thành thấp, thân thiện với môi trường chế tạo từ chất thải Xuất phát từ yêu cầu thực tiễn nên em chọn đề tài: “Nghiên cứu xử lý chất thải bùn đỏ từ trình sản xuất bauxit làm chất hấp phụ ứng dụng xử lý ion Zn2+ nước thải” cho đồ án tốt nghiệp em Việc nghiên cứu đề tài giải hai vấn đề: - Giảm lượng chất thải trình khai thác, chế biến Bauxit - Làm giảm giá thành sản xuất chất hấp phụ cho xử lý môi trường MỤC TIÊU ĐỀ TÀI - Nghiên cứu hoạt hóa bùn đỏ để tìm vật liệu có khả hấp phụ ion Zn2+ tốt - Xây dựng đường chuẩn ion Zn 2+ với độ xác tin cậy cao để xác định theo dõi hàm lượng ion Zn2+ trình hấp phụ - Khảo sát yếu tố (thời gian hấp phụ, pH dung dịch chứa ion Zn 2+, hàm lượng bùn đỏ đem hấp phụ) ảnh hưởng đến trình hấp phụ bùn đỏ ion Zn2+ nước - Thiết lập đường đẳng nhiệt hấp phụ bùn đỏ ion Zn2+ ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 3.1 Đối tượng nghiên cứu - Bùn đỏ - Quá trình hấp phụ bùn đỏ hoạt hóa ion Zn2+ 3.2 Phạm vi nghiên cứu - Nghiên cứu hoạt hóa bùn đỏ - Nghiên cứu trình hấp phụ bùn đỏ hoạt hóa ion Zn 2+ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 4.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết vi CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Đặc trưng vật liệu hấp phụ 3.1.1 Kết phân tích AAS Sử dụng phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử (Atomic Absorption Spectrophotometric) xác định số nguyên tố mẫu bùn đỏ thô, kết thu sau: Bảng 3.4 Kết phân tích thành phần bùn đỏ thô STT Chỉ tiêu phân tích Fe2O3 Al2O3 SiO2 TiO2 Đơn vị % % % % Hàm lượng 46,32 17,56 6,70 7,20 Kết phân tích bảng 3.1 cho thấy: thành phần bùn đỏ thô Fe2O3 Al2O3 SiO2 TiO2 chiếm phần nhỏ 3.1.2 Phân tích, đánh giá bùn đỏ trước sau hoạt hóa nhiệt độ Phương pháp nhiễu xạ tia X dùng để nghiên cứu cấu trúc tinh thể vật liệu, cho phép xác định nhanh, xác pha tinh thể, định lượng pha tinh thể kích thước tinh thể với độ tin cậy cao Kết xác định cấu trúc pha thu qua giản đồ nhiễu xạ Ronghen hình 3.1, 3.2 Hình Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu bùn đỏ (RM 25) vi Bảng 3.5 Cấu trúc pha hợp phần mẫu RM 25 STT Công thức hóa học Dạng tồn Al(OH)3 Gibbsite FeO(OH) Geothite Từ giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu bùn đỏ (RM 25) trước hoạt hóa (hình 3.1), cho thấy: Trong mẫu bùn đỏ (RM 25) tín hiệu pic chủ yếu Gibbsite (Al(OH)3) Geothite (FeO(OH)) Đối với mẫu bùn đỏ (RM 25) sau hoạt hóa nhiệt độ, kết đo XRD thể qua hình 3.2 Faculty of Chemistry, HUS, VNU, D8 ADVANCE-Bruker - Sample bun 230 220 210 200 190 120 d=1.484 130 d=3.793 Lin (Cps) 140 d=1.689 150 d=1.840 d=2.697 160 d=2.178 170 d=2.510 Fe2O3 180 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 10 20 30 40 50 60 70 2-Theta - Scale File: Bac DH Mo mau bun do.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 10.000 ° - End: 70.000 ° - Step: 0.030 ° - Step time: s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: 14 s - 2-Theta: 10.000 ° - Theta: 5.000 ° - Chi: 01-089-0597 (C) - Hematite, syn - alpha-Fe2O3 - Y: 93.78 % - d x by: - WL: 1.5406 - Rhombo.H.axes - a 5.03900 - b 5.03900 - c 13.77000 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 120.000 - Primitive - R-3c Hình Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu bùn đỏ hoạt hóa RM 25 Từ giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu bùn đỏ hoạt hóa (RM 25) nung 500oC (hình 3.2), cho thấy: vi Bảng 3.6 Cấu trúc pha hợp phần mẫu RM 25 hoạt hóa nhiệt độ 500 oC STT Công thức hóa học Dạng tồn Fe2O3 Hematite Khi mẫu bùn đỏ (RM 25) hoạt hóa 500 oC tín hiệu pic chủ yếu pha Hemattite chiếm hoàn toàn ưu 3.1.3 Ảnh hiển vi điện tử quét Hình ảnh SEM cho thông tin hình thái học mẫu bùn đỏ Ta lựa chọn mẫu: mẫu bùn đỏ (RM25) chưa hoạt hóa mẫu bùn đỏ (RM25) hoạt hóa nhiệt độ mang chụp SEM thang 5μm để so sánh với Ảnh kính hiển vi điện tử SEM, hình 3.4 cho thấy cấu trúc kích thước hạt mẫu RM25 trước sau hoạt hóa nhiệt độ có khác biệt đáng kể a) b) Hình 3 Ảnh SEM mẫu bùn đỏ RM 25 a) trước hoạt hóa b) sau hoạt hóa Từ hình ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) (hình 3.4 a, b), ta nhận thấy: bề mặt mẫu bùn đỏ RM25 sau hấp thụ CO2 có nhiều hạt hình phiến lớp màng cacbonat bao bọc lên bùn đỏ, xử lý nhiệt 500 oC hạt hình phiến dần, thay vào hạt có kích thước ổn định, phân bố vi 3.2 Xây dựng đường chuẩn hấp phụ ion Zn2+ Tiến hành đo dung dịch với điều kiện tối ưu khảo sát thiết bị hấp thụ nguyên tử (AAS) Thu số liệu bảng sau: Bảng 3.7 Sự phụ thuộc nồng độ ion Zn2+ vào diện tích pic STT Nồng độ C.10 (mg/ml) Nồng độ C.10-5 (mol/l) 520,00 540,00 5,74.106 462,13 490,10 5,02.106 307,59 327,21 3,3.106 160,27 172,81 1,76.106 78,26 82,13 8,33.105 37,28 40,18 4,22.105 16,52 18,23 1.93.105 10,23 11,52 1.53.105 5,37 5,631 5,72.104 10 0,16 0,164 1,67.103 11 0,038 0,041 4,10.102 12 0,01 0,013 1,4.102 -3 Spic Sau thu số liệu bảng 3.4 xây dựng đồ thị biểu diễn phụ thuộc nồng độ ion Zn2+ diện tích pic tương ứng chúng phần mềm Origin Từ chúng từ xây dựng đường chuẩn cường độ hấp thụ phụ thuộc vào nồng độ ion Zn2+ hình 3.4 có độ tin cậy cao vi Hình Đường chuẩn thể mối quan hệ cường độ hấp thụ nồng độ ion Zn2+ Phương trình đường chuẩn ion Zn2+: Sx = a + b.Cx SX = (10914000,00 ± 50613,74).CX + (3248,28 ± 11434,04) (3.1) Ta thấy sai số a lớn hệ số a nên ta lấy phương trình khuyết a Ta có: Sx = (10914000,00 ± 5061,74).CX Cx = Sx 10914000,00 ± 5061,74 (mg/ml) Cx(max) = Sx 10914000,00 − 5061,74 (mg/ml) Cx(min) = Sx 10914000,00 + 5061,74 (mg/ml) Cx(trung bình) = C x (min) + C x (max) (mg/ml) (3.2) (3.3) 3.3 Đánh giá khả hấp phụ ion Zn2+ mẫu bùn đỏ hoạt hóa 3.3.1 Khảo sát ảnh hưởng thời gian hấp phụ Hàm lượng bùn đỏ hoạt hóa đem hấp phụ g/L, nồng độ ion Zn 2+ ban đầu C0 = 24,7 mg/L, pH = 6, khuấy từ tốc độ không đổi 300 rpm Hiệu hấp phụ ion Zn+ mẫu bùn đỏ biến tính đánh giá thông qua giá trị hiệu suất Kết trình bày bảng 3.5 hình 3.5 vi Bảng 3.8 Dung lượng hấp phụ mẫu RM25 hoạt hóa theo thời gian pH = STT Thời gian (giờ) m(mg) C0 (mg/L) Ce (mg/L) H(%) 0,2 24,7 14,128 42,8 0,2 24,7 10,596 57,1 0,2 24,7 8,447 65,8 0,2 24,7 8,497 65,6 10 0,2 24,7 8,447 65,8 Hình Ảnh hưởng thời gian đến dung lượng hấp phụ Kết khảo sát pH = cho thấy, dung lượng hấp phụ tăng dần theo thời gian đến đạt trạng thái cân vi 3.3.2 Khảo sát ảnh hưởng pH dung dịch chứa ion Zn2+ ban đầu Hàm lượng bùn đỏ hoạt hóa đem hấp phụ g/L, nồng độ ion Zn 2+ ban đầu C0 = 24,7 mg/L, thời gian tiếp xúc 8h, khuấy từ tốc độ không đổi 300 rpm Các kết đo khả hấp phụ ion Zn2+ ghi bảng sau: Bảng 3.9 Hiệu suất hấp phụ ion Zn2+ tương ứng với pH ban đầu khác pH ban đầu dung dịch ion Zn2+ C0(mg/l) Ce(mg/l) Hiệu suất hấp phụ(%) 24,7 8,571 65,29 24,7 8,497 65,59 24,7 8,447 65,8 24,7 9,2 63,27 10 24,7 10,29 58,3 Biểu diễn hiệu suất hấp phụ ion Zn 2+ mẫu bùn đỏ hoạt hóa pH ban đầu khác nhau, ta có đồ thị sau: Hình Ảnh hưởng pH ban đầu đến hiệu suất hấp phụ ion Zn2+ vi Từ bảng số liệu (bảng 3.6) đồ thị (hình 3.6), ta rút kết luận sau: rõ ràng hiệu suất loại bỏ ion Zn 2+ bùn đỏ dao động khoảng pH – Hiệu suất gần không đổi phạm vi pH rộng cho thấy bùn đỏ trung tính chất hấp phụ tốt để loại bỏ ion Zn 2+ Khi pH vượt hiệu suất loại bỏ giảm đáng kể Do vậy, giá trị pH = chọn cho nghiên cứu 3.3.3 Khảo sát ảnh hưởng hàm lượng bùn đỏ hoạt hóa ban đầu đem hấp phụ Nồng độ ion Zn2+ ban đầu C0 =24,7 mg/L, thời gian tiếp xúc 8h, khuấy từ tốc độ không đổi 300 rpm, pH ban đầu Bảng 3.10 Hiệu suất hấp phụ tương ứng với hàm lượng bùn đỏ đem hấp phụ: Hàm lượng BĐHH đem Ce(mg/l) Hiệu suất hấp phụ hấp phụ (g/L) (%) 9,757 60,5 8,941 63,8 8,447 65,8 8,497 65,6 8,447 65,7 2+ Biểu diễn hiệu suất hấp phụ ion Zn mẫu BĐHH với lượng bùn đỏ khác nhau, ta có đồ thị sau: Hình Ảnh hưởng lượng BĐHH khác đến hiệu suất hấp phụ ion Zn2+ Từ bảng số liệu (bảng 3.7) đồ thị (hình 3.7), ta rút kết luận sau: tăng lượng chất hấp phụ hiệu suất hấp phụ tăng Hiệu suất hấp phụ tăng mạnh vi liều lượng bùn đỏ đem hấp phụ tăng từ 2g đến 4g Từ 4g đến 8g dường không thay đổi 3.3.4 Xây dựng phương trình đường đẳng nhiệt hấp phụ Để xác định phương trình đẳng nhiệt hấp phụ tiến hành khảo sát ảnh hưởng nồng độ ion Zn2+ ban đầu đến hiệu suất hấp phụ bùn đỏ hoạt hóa Từ kết thu khảo sát ảnh hưởng nồng độ ion Zn 2+ ban đầu đến hiệu suất hấp phụ, ta thu số liệu bảng sau: Bảng 3.11 Các giá trị xây dựng đường đẳng nhiệt hấp phụ C0 (mg/L) 15 24,7 41 62 100 Ce (mg/L) 0,88 3,56 8,45 18,92 35,41 67,3 qe (mg/g) 1,53 2,86 4,06 5,52 6,65 8,18 Ce/qe 0,58 1,25 2,08 3,49 3,52 8,23 logCe -0.08 0,55 0,93 1,27 1,55 1,83 logqe 0,18 0,456 0,61 0,74 0,823 0,913 Từ số liệu bảng 3.8, ta xây dựng đường đẳng nhiệt hấp phụ sau: Hình Mô theo phương trình Langmuir vi Hình Mô theo phương trình Freundlich Từ hình mô theo phương trình Langmuir Freundlich (hình 3.8 3.9), ta thu kết sau: Bảng 3.12 Các hệ số phương trình Freundlich Langmuir Các hệ số Freundlich Các hệ số Langmuir 1/n 0,384 K 0,232 R2 0,993 B 0,117 qmax 8,85 R2 0,981 Từ kết cho thấy hệ số tương quan hai phương trình Freundlich Langmuir có giá trị tương ứng R = 0,993 R2 = 0,981, suy phương trình Freundlich phù hợp để biểu diễn trình hấp phụ ion kẽm bùn đỏ Dung lượng hấp phụ cực đại (qmax = 8,85 mg/g) tính từ phương trình Langmuir phù hợp với kết tối ưu hóa thực nghiệm (8,18 mg/g) vi KẾT LUẬN Với mục tiêu “Nghiên cứu xử lý chát thải bùn đỏ từ trình sản xuất bauxit làm chất hấp phụ ứng dụng xử lý ion Zn 2+ nước thải” Đồ án thu kết sau: Đã áp dụng phương pháp phân tích hóa học hóa lý xác định thành phần hóa học mẫu bùn đỏ thô, cấu trúc pha mẫu bùn đỏ trước sau hoạt hóa - Thành phần bùn đỏ thô Fe2O3 Al2O3 - Kết phân tích thành phần cấu trúc pha bùn đỏ thô cho thấy, dạng kết tinh bùn đỏ thô tồn dạng chủ yếu bao gồm: dạng Gibbsite, Geothite, Hematite, Quartz, Sodium Aluminum Silicat hydrat Các tín hiệu đặc trưng thành phần cấu trúc pha dạng Gibbsite, Geothite, thành phần tạo tính chất hấp phụ bùn đỏ - Sau mẫu bùn đỏ hoạt hóa chủ yếu pha Hematite Có hình ảnh SEM chụp bề mặt mẫu bùn đỏ trước sau hoạt hóa Dựa vào hình ảnh SEM có được, ta thấy hoạt hóa làm tăng tâm hấp phụ bề mặt bùn đỏ Đã khảo sát yếu tố ảnh hưởng tới trình loại bỏ ion Zn 2+ bùn đỏ hoạt hóa - Hiệu suất loại bỏ ion Zn 2+ bùn đỏ hoạt hóa dao động khoảng pH – Hiệu suất gần không đổi phạm vi pH rộng cho thấy bùn đỏ trung tính chất hấp phụ tốt để loại bỏ ion Zn 2+ Khi pH vượt hiệu suất loại bỏ giảm - Càng tăng lượng chất hấp phụ hiệu suất hấp phụ tăng Hiệu suất hấp phụ tăng mạnh liều lượng bùn đỏ đem hấp phụ tăng từ 2g đến 4g Từ 4g đến 8g hiệu suất tăng chậm lại - Hiệu suất hấp phụ tăng tăng thời gian hấp phụ Hiệu suất hấp phụ tăng mạnh thời gian hấp phụ tăng từ 4h – 8h đạt trạng thái cân - Hệ số tương quan hai phương trình Freundlich Langmuir có giá trị tương ứng R2 = 0,993 R2 = 0,981, phương trình Freundlich phù hợp để vi biểu diễn trình hấp phụ ion kẽm lên bùn đỏ Dung lượng hấp phụ cực đại (q max = 8,85 mg/g) tính từ phương trình Langmuir phù hợp với kết tối ưu hóa thực nghiệm (8,18 mg/g) Vậy điều kiện thuận lợi trình hấp phụ thu từ thực nghiệm là: - Thời gian tiếp xúc - pH dung dịch chứa ion kẽm là: pH = - Lượng bùn đỏ đem hấp phụ 4g/l Hiệu suất trình hấp phụ 65,8% vi TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng Việt Phạm Đăng Địch, Lê Xuân Khuông, Lê Gia Mô, Dương Thanh Sủng (3/2003) Báo cáo tổng kết đề tài: “Nghiên cứu công nghệ tiên tiến sản xuất alumin từ quặng tinh bauxit Tân Rai – Lâm Đồng điện phân nhôm đạt chất lượng thương phẩm” Nguyễn Cảnh Nhã (2008) “Nghiên cứu tuyển bauxit mỏ Táp Ná – Cao Bằng” VIMLUKI Hà Nội Nguyễn Hữu Nhã (2005), “Tài nguyên bauxit Việt Nam số kết ban đầu khả tuyển nâng cao chất lượng bauxit laterit miền Nam Việt Nam” Tuyển tập báo cáo Hội nghị KHCN tuyển khoáng toàn quốc lần thứ II Hà Nội 11/2005 Nguyễn Mạnh Hùng (2011), “Hiểm họa bùn đỏ” Phạm Hùng Việt, Trần Tứ Hiếu, Nguyễn Văn Nội (1999), Hóa học môi trường sở, trường Đại học Khoa học Tự nhiên Hà Nội “Quy hoạch phân vùng thăm dò, khai thác, chế biến sử dụng quặng bauxit giai đoạn 2007-2015 có xét đến năm 2025” (2007) Quyết định phê duyệt Thủ tướng phủ số 167/2007/QĐ-TTg, ngày 01/11/2007 Phạm Luận (1998), Cơ sở lý thuyết phương pháp phân tích phổ huỳnh quang, Đại học Khoa học tự nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội Nguyễn Ngọc Tuyền, Bùi Trung “Khả hấp phụ chất màu Congo Red môi trường nước bùn đỏ hoạt hóa” Viện Công nghệ Hóa học, Tp Hồ Chí Minh Phạm Luận (1999), Phần II: Cơ sở lý thuyết phương pháp phân tích hấp thụ nguyên tử, Đại học Khoa học tự nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội 10 Trịnh Thị Thanh (2007), Độc học môi trường sức khỏe người, NXB Đại học Quốc gia Hà Nội 11 Nguyễn Cảnh Nhã (2007) “Một số nghiên cứu công nghệ tuyển quặng bauxit Gia Nghĩa” Tạp chí Công Nghiệp Mỏ Số – 2007 12 Trần Mạnh Hùng (2012) “Nghiên cứu thành phần, tính chất bùn đỏ định hướng ứng dụng lĩnh vực môi trường” Đại học Quốc Gia Hà Nội – Đại học Khoa Học Tự Nhiên vi 13 Doãn Đình Hùng, Nguyễn Trung Minh (11/2011) “ Nghiên cứu hấp phụ Zn(II) dạng cột hạt vật liệu BVNQ chế tạo từ đuôi thải quặng bauxit Bảo Lộc”, Viện Địa chất - Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam 14 Trịnh Thị Thanh, Nguyễn Trung Minh (2011) “Xử lý bùn đỏ sản xuất alumina từ bauxit’’, Trung tâm thông tin KH CN Quốc gia 15 Đặng Kim Chi (1999) Hóa học môi trường NXB Khoa học kỹ thuật 16 Phạm Luận (2000) Phương pháp phân tích phổ nguyên tử NXB Đại học Quốc gia Hà Nội 17 Hồ Viết Quý (2005) Các phương pháp phân tích công cụ hóa học đại, NXB Đại học Sư phạm 18 Nguyễn Bin (2008) Các trình, thiết bị công nghệ hóa chất thực phẩm, tập NXB Khoa học kỹ thuật Hà Nội Tài liệu tiếng Anh 19.Ramesh Chandra Sahu, Rajkishore Patel, Bankim Chandra Ray “ Adsorption of Zn(II) on activated red mud: Neutralized by CO 2” Desalination 266 (2011) 93–97 Tài liệu internet 20.http://www.hoahocngaynay.com//vi/phat-trien-ben-vung/an-toan-hoachat/628-16122010.html 21.http://www.vinacomin.vn//vi/linh-vuc/Cong-nghiep-khoang san/Nganhcong-nghiep-Bauxit-Alumin-Nhom-Viet-Nam-8.html 22.http://vi.wikipedia.org/wiki/Khai_th%C3%A1c_m%E1%BB%8F_bauxit vi PHỤ LỤC [...]... bauxit có thể tách ra alumin (Al 2O3), nguyên liệu chính để luyện nhôm trong các lò điện phân, chiếm 95% lượng bauxit được khai thác trên thế giới Tên gọi của loại quặng nhôm này được đặt theo tên gọi làng Les Baux-deProvence ở miền nam nước Pháp, tại đây nó được nhà địa chất học là Pierre Berthier phát hiện lần đầu tiên năm 1821 Thành phần hóa học chủ yếu là Al 2O3, SiO2, Fe2O3, CaO, TiO2, MgO… trong đó,... bauxit và quá trình hòa tách được sử dụng Nhìn chung, thành phần của bùn đỏ còn chủ yếu là các sắt oxit (hematite, goethite), boehmite, một số aluminium hydroxit, canxi oxit, titan oxit (anatase và rutile), thạch anh, sodalite Những thành phần này giúp cho bùn đỏ có độ bền hóa học và giúp tạo nên bùn đỏ có độ hoạt động bề mặt cao 1.2 TỔNG QUAN VỀ BÙN ĐỎ 1.2.1 Khái niệm Bùn đỏ là sản phẩm thải rắn của... giữa chất bị hấp phụ và các nhóm hydroxyl bề mặt trên các oxit sắt Nguyên tử oxy của nhóm hydroxyl bề mặt có thể tương tác với các proton, trong khi các iron kim loại bên dưới đóng vai trò như một axit Lewis và trao đổi nhóm OH - cho ligand khác để hình thành phức bề mặt Sự hấp phụ các anion đơn giản, các anion oxi, các ion hữu cơ trên các oxit sắt đã được nghiên cứu rộng rãi Sự hấp phụ các anion trên... trưng làm thay đổi điện tích bề mặt trên oxide và do đó tạo nên sự thay đổi PZC Và chúng thường gắn chặt và không dễ bị thay thế Các anion hấp phụ đặc trưng trên các oxit sắt là phosphate, silicate, selenate, arsenate, chlorite, fluorite, citrate, oxalate Sự hấp phụ anion ở bất kỳ pH nào sẽ tăng khi tăng khi tăng nồng độ chất bị hấp phụ Sự hấp phụ đạt cực đại ở pH thấp và giảm khi tăng pH ngoại trừ... tinh khiết trong dung dịch hòa tách Bảng 1.6 Thành phần của bùn đỏ sinh ra từ các nhà máy sản xuất nhôm ở các nước trên thế giới [20] Australia USA India China Hungary Jamaica Surinam Germany ALCOA Mobile Arkansas Sherwon Al.Corp MALCO HINDALCO BALCO NALCO Baudart Fe2O3 40,5 30,4 55,6 50,54 20,26 45,17 35,46 33,8 52,39 6,85 38,45 50,9 24,81 38,75 1.2.2.3 Hóa học bề mặt của bùn đỏ Thành phần chính (%... vai trò khuếch tán khí trong các lỗ xốp nằm chắn giữa pha lỏng và khí Hiệu quả tách CO 2 bằng màng hấp thụ khí cao hơn hiệu quả tách CO2 bằng dung môi thông thường nên kích thước thiết bị giảm Dạng module thường được sử dụng là màng sợi rỗng Màng tách khí Lợi thế của việc sử dụng màng tách khí là thiết bị nhỏ gọn vì không sử dụng dung môi Chi phí chính cho phương pháp này là năng lượng cần thiết để ... Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) 40 2.6.4 Phương pháp hiển vi điện tử quét (Scaning Electron Microscopy-SEM) 41 2.7 XỬ LÝ SỐ LIỆU THỰC NGHIỆM 42 2.7.1 Hiệu suất... điện phân, chiếm 95% lượng bauxit khai thác giới Tên gọi loại quặng nhôm đặt theo tên gọi làng Les Baux-deProvence miền nam nước Pháp, nhà địa chất học Pierre Berthier phát lần năm 1821 Thành... oxit (hematite, goethite), boehmite, số aluminium hydroxit, canxi oxit, titan oxit (anatase rutile), thạch anh, sodalite Những thành phần giúp cho bùn đỏ có độ bền hóa học giúp tạo nên bùn đỏ