DSpace at VNU: Nghiên cứu thu hồi nhôm và sắt từ bùn đỏ của quá trình sản xuất alumin Tây Nguyên

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - NGUYỄN THỊ LÀI NGHIÊN CỨU THU HỒI NHƠM VÀ SẮT TỪ BÙN ĐỎ CỦA Q TRÌNH SẢN XUẤT ALUMIN TÂY NGUYÊN LUẬN VĂN THẠC SĨ Hà Nội -2017 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - NGUYỄN THỊ LÀI NGHIÊN CỨU THU HỒI NHÔM VÀ SẮT TỪ BÙN ĐỎ CỦA QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT ALUMIN TÂY NGUYÊN Chuyên ngành: Mã số: Kỹ thuật Môi trƣờng 60520320 LUẬN VĂN THẠC SĨ NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC:PGS.TS Đồng Kim Loan Hà Nội - 2017 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu khoa học độc lập riêng tơi Các thơng tin trích dẫn luận văn đƣợc rõ nguồn gốc Các số liệu sử dụng, kết nghiên cứu nêu luận văn tơi tự tìm hiểu, phân tích cách trung thực, khách quan, phù hợp với thực tiễn địa bàn nghiên cứu chƣa đƣợc công bố cơng trình khác Học viên Nguyễn Thị Lài LỜI CẢM ƠN Trong suố t quá trình ho ̣c tâ ̣p và hoàn thành luâ ̣n văn này , đã nhâ ̣n đƣơ ̣c sƣ̣ hƣớng dẫn , giúp đỡ quý báu thầy cô , anh chị bạn Với lòng kính trọng biết ơn sâu sắc xin đƣợc bày tỏ lới cảm ơn chân thành tới : PGS.TS Đồng Kim Loanđã hế t lòng giúp đỡ , dạy bảo tạo điều kiê ̣n thuâ ̣n lơ ̣i cho suố t quá trin ̀ h ho ̣c tâ ̣p và hoàn thành luâ ̣n văn tố t nghiê ̣p Tôi xin chân thành cảm ơn thầy giáo, cô giáo, cán Bộ Mơn Cơng nghệ Mơi trƣờng nói riêng Khoa Mơi trƣờng - Trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên nói chung truyền đạt kiến thức cho trình học tập tại Bộ mơn, nhƣ gia đình, bạn bè khuyến khích, động viên tạo điều kiện thuận lợi giúp tơi hồn thành luận văn Tơi xin chân thành cảm ơn tập thể lãnh đạo, cán viên chức Trung tâm Môi trƣờng Công nghiệp, Viện Khoa học Công nghệ Mỏ-Luyện kim giúp đỡ tạo điều kiện cho suốt trình thực luận văn./ Xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày tháng năm 2017 TÁC GIẢ LUẬN VĂN Nguyễn Thị Lài MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƢƠNG 1.TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1.QUẶNG BÔXIT VÀ CÔNG NGHIỆP CHẾ BIẾN QUẶNG BƠXIT 1.2.Q TRÌNH SẢN XUẤT NHÔM TỪ QUẶNG BÔXIT 1.3.BÙN ĐỎ VÀ CÁC VẤN ĐỀ MÔI TRƢỜNG LIÊN QUAN ĐẾN BÙN ĐỎ 1.3.1.Bùn đỏ 1.3.2.Các vấn đề môi trƣờng liên quan đến bùn đỏ 11 1.3.3.Tình hình nghiên cứu xử lý tái sử dụng bùn đỏ giới VN 13 CHƢƠNG 2.đỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 17 2.1.ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU 17 2.2.CÁC PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 17 2.2.1.Phƣơng pháp thu thập tài liệu 17 2.2.2.Phƣơng pháp điều tra khảo sát thực địa 17 2.2.3.Phƣơng pháp lấy mẫu trƣờng 18 2.2.4.Các phƣơng pháp nghiên cứu phòng thí nghiệm 18 2.2.5.Phân tích mẫu, xử lý tính tốn số liệu 26 2.3.THIẾT BỊ VÀ VẬT TƢ NGHIÊN CỨU 26 2.3.1.Thiết bị nghiên cứu 26 2.3.2.Vật tƣ, hóa chất phục vụ nghiên cứu 27 CHƢƠNG 3.KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 29 3.1.KẾT QUẢ PHÂN TÍCH ĐẶC TÍNH LÝ HÓA CỦA MẪU NGHIÊN CỨU 29 3.2.KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Q TRÌNH TÁCH NHƠM BẰNG KIỀM 32 3.3.KẾT QUẢ NGHIÊN CƢ́U QUÁ TRÌNH THIÊU NHIỆT ĐỘ CAO 33 3.3.1.Kết nghiên cứu ảnh hƣởng tỷ lệ Na2CO3 phối liệu thiêu 33 3.3.2.Kêt nghiên cứu ảnh hƣởng tỷ lệ CaO phối liệu thiêu 34 3.3.3 Kết nghiên cứu ảnh hƣởng nhiệt độ trình thiêu 35 3.3.4 Kết nghiên cứu ảnh hƣởng thời gian trình thiêu 37 3.4 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH HÕA TÁCH 38 3.4.1.Kết nghiên cứu ảnh hƣởng nhiệt độ trình hòa tách 38 3.4.2.Kết nghiên cứu ảnh hƣởng thời gian q trình hòa tách 39 3.5.Đề xuất sơ đồ quy trình thu hồi nhơm từ bùn đỏ 43 3.6.ĐỀ XUẤT QUÁ TRÌNH THU HỒI SẮT TỪ BÃ CẶN SAU HÕA TÁCH 41 KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ 44 TÀI LIỆU THAM KHẢO 46 DANH MỤC BẢNG Bảng 1-1 Phân bố trữ lƣợng Bôxit châu lục .3 Bảng 1-2 Những nƣớc có tài ngun bơxit lớn hàng đầu giới Bảng 1-3 Sản lƣợng khai thác, chế biến bôxit hàng năm giới (triệu tấn/năm) Bảng 1-4 Khai thác bôxit, sản xuất alumin nhôm giới Bảng 1-5 Thành phần khống vật quặng bôxit Bảng 1-6 Diện tích bề mặt riêng số loại bùn đỏ Bảng 1-7 Thành phần hoá học bùn đỏ .10 Bảng 2-1: Điều kiện thí nghiệm nghiên cứu xác định tỷ lệ Na2CO3 21 Bảng 2-2 Các phƣơng án nghiên cứu xác định tỷ lệ Na2CO3 tối ƣu 21 Bảng 2-3: Điều kiện thí nghiệm nghiên cứu xác định tỷ lệ CaO 22 Bảng 2-4 Các phƣơng án nghiên cứu xác định tỷ lệ CaO tối ƣu .22 Bảng 2-5: Điều kiện thí nghiệm nghiên cứu xác định nhiệt độ thiêu tối ƣu .23 Bảng 2-6: Điều kiện thí nghiệm nghiên cứu xác định thời gián thiêu tối ƣu 24 Bảng 2-7: Điều kiện thí nghiệm nghiên cứu xác định nhiệt độ hòa tách tối ƣu .25 Bảng 2-8: Điều kiện thí nghiệm nghiên cứu xác định thời gian hòa tách tối ƣu 25 Bảng 3-1 Thành phần hóa học pha rắn bùn đỏ 29 Bảng 3-2 Thành phần cấp hạt mẫu bùn đỏ Nhà máy Hóa chất Tân Bình 30 Bảng 3-3 Kết đo thông số vật lý pha lỏng bùn đỏ 30 Bảng 3-4 Thành phần hoá học pha rắn bùn đỏ 31 Bảng 3-5 Kết phân tích thành phần khống vật bùn đỏ 32 Bảng 3-6 Ảnh hƣởng tỷ lệ Na2CO3 đến hiệu suất hòa tan nhơm 33 Bảng 3-7 Ảnh hƣởng tỷ lệ CaO đến hiệu suất hòa tan nhơm .35 Bảng 3-8 Ảnh hƣởng nhiệt độ thiêu đến hiệu suất hòa tan nhôm 36 Bảng 3-10 Ảnh hƣởng nhiệt độ hòa tách đến hiệu suất hòa tan nhôm 39 Bảng 3-11 Ảnh hƣởng nồng độ chất rắn đến hiệu suất hòa tan nhơm 40 Bảng 3-12: Thành phần khoáng vật mẫu bùn đỏ sau thu hồi nhôm 41 DANH MỤC HÌNH Hình 1-1 Sơ đồ ngun lý sản xuất alumin phƣơng pháp bayer .7 Hình 1-2 Thành phần hoá học bùn đỏ số nhà máy alumin giới 10 Hình 0-1 Sơ đồ nguyên lý thu hồi nhôm phƣơng pháp thiêu kết 19 Hình 3-1 Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu bùn đỏ Nhà máy Hóa chất Tân Bình 32 Hình 3-2 Ảnh hƣởng tỷ lệ Na2CO3 đến hiệu suất hòa tan nhơm 34 Hình 3-3 Ảnh hƣởng tỷ lệ CaO đến hiệu suất hòa tan nhơm .35 Hình 3-4 Ảnh hƣởng nhiệt độ thiêu đến hiệu suất hòa tan nhơm 36 Hình 3-5 Ảnh hƣởng thời gian thiêu đến hiệu suất hòa tan nhơm .37 Hình 3-6 Ảnh hƣởng nhiệt độ hòa tách đến hiệu suất hòa tan nhơm 39 Hình 3-7 Sự phụ thuộc hiệu suất hòa tan nhơm vào nồng độ chất rắn 40 Hình 3-8 Sơ đồ cơng nghệ tuyển từ thu hồi sắt từ bã bùn đỏ .42 Hình 3-9 Sơ đồ cơng nghệ thu hồi nhơm từ bùn đỏ 43 DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT BKHVCN Bộ Khoa học Công nghệ CP Cổ phần ĐTM Đánh giá tác động môi trƣờng KCN Khu công nghiệp KTCB Khai thác chế biến KVN Khoáng vật nặng HSPL Hệ số pha loãng MTV Một thành viên QCVN Quy chuẩn Việt Nam TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam TNHH Trách nhiệm hữu hạn UBND Ủy ban nhân dân CTNH Chất thải nguy hại VN Việt Nam MỞ ĐẦU Bảo vệ môi trƣờng trở thành vấn đề cấp bách quốc gia giới nhằm bảo đảm phát triển bền vững Ngày nay, với phát triển mạnh mẽ cách mạng khoa học - kỹ thuật, vấn đề tốc độ, khả ứng dụng công nghệ để giải nội dung tăng trƣởng kinh tế khơng vấn đề quan tâm hàng đầu kinh tế Mối quan tâm lớn xử lý hậu yếu tố kỹ thuật kinh tế mang lại, đồng thời sử dụng hợp lý nguồn tài nguyên thiên nhiên Trong đó, việc xử lý bã thải cơng nghiệp vấn đề có tính cấp thiết Với cơng nghệ lực nhƣ thói quen sản xuất tại, hoạt động ngành công nghiệp thƣờng phát sinh lƣợng chất thải lớn mà việc xử lý chúng vấn đề cần đƣợc quan tâm hàng đầu Tuy nhiên, lý kinh tế cơng nghệ nên số ngành công nghiệp, bã thải đƣợc lƣu trữ tại bãi chứa Điều ảnh hƣởng lớn đến môi trƣờng sinh thái, đặc biệt bã thải có tính độc hại cao Một trƣờng hợp điển hình bùn đỏ - bã thải ngành công nghiệp sản xuất nhôm oxyt từ bôxit Lƣợng bùn đỏ thải từ ngành cơng nghiệp lớn, theo thống kê hàng năm giới, lƣợng bùn đỏ phát sinh khoảng 50 triệu ÷ 80 triệu Cứ sản xuất nhơm oxyt phải thải khoảng 0,3 ÷ 2,5 bùn đỏ, tùy thuộc vào chất lƣợng quặng bôxit đặc điểm dây chuyền công nghệ Bùn đỏ thải chủ yếu đƣợc chứa hồ thải quặng đuôi Việc lƣu trữ chúng vừa lãng phí, vừa đe dọa đến mơi trƣờng sinh thái Hơn nữa, bùn đỏ chứa lƣợng lớn hạt có kích thƣớc nhỏ, nên vấn đề tách nƣớc khỏi chúng khó khăn Mỗi sở sản xuất nhơm oxyt phải trì hồ thải lớn, chiếm nhiều diện tích đất để chứa bùn đỏ Những hồ chứa luôn tiềm ẩn nhiều nguy gây ô nhiễm nguồn nƣớc môi trƣờng sinh thái xung quanh Vấn đề đặt phải xử lý lƣợng bùn đỏ sản xuất nhôm oxyt đểgiảm thiểu tác hại đến môi trƣờng Quan trọng hơn, việc xử lý vừa triệt tiêu yếu tố nguy hiểm, đồng thời sử dụng để đƣa lại lợi ích kinh tế phục vụ đời Những nước khai thác chế biến bôxit tổng hợp bảng 1.4 Bảng 1-4 Khai thác bôxit, sản xuất alumin nhôm giới Bôxit (2013) Nƣớc Alumin (2013) Nhôm (2013) Triệu tấn/năm % Triệu tấn/năm % Triệu tấn/năm % 55,6 35,87 16,975 27,28 2,246 7,51 Châu A 28,57 18,43 11,486 18,8 9,747 32,61 Châu Phi 17,54 11,32 0,698 1,26 1,766 5,73 Châu Âu 9,4 6,06 10,343 16,95 9,376 30,46 Châu Mỹ 43,59 28,11 16,79 30,41 7,467 24,97 Australia Newzealand Nguồn: Mineral Commodity Summaries, 2014 1.1.2 Thành phần khống vật quặng bơxit Các khống vật quặng bơxit gipxit, bơmit diaspor cơng thức hóa học khống vật đƣợc trình bày bảng 1-5 Bảng 1-5 Thành phần khống vật quặng bơxit Hàm lƣơ ̣ng theo lý thuyết Tên gọi Cơng thức hóa học (%) А12О3 SiO2 Bơmit γ-А1О[ОН] 85,0 - Diaspor α-А1О[ОН] 85,0 - Gidrargilit (gipxit) А1[ОН]3 65,4 - Caolinit Al2O3 – SiO2 – H2O 39,5 46,5 Nguồn: “Raw Materials Data Copyright, 2009 1.1.3 Ứng dụng bôxit Khoảng 96% bôxit khai thác đƣợc sử dụng cho ngành luyện kim, 4% lại đƣợc sử dụng cho ngành công nghiệp khác nhƣ: vật liệu chịu lửa, gốm sứ, vật liệu mài - đánh bóng… Bơxit đƣợc sử dụng sản xuất sơn, chất hấp phụ tạp chất khác cho tinh chế sản phẩm dầu khí Hơn 90% sản lƣợng alumin (gọi alumin cấp luyện kim) giới đƣợc sử dụng làm nguyên liệu cho trình điện phân để sản xuất nhơm kim loại, lại khoảng 10% sử dụng cho cơng nghiệp hóa chất ngành cơng nghiệp khác 1.2 Q TRÌNH SẢN XUẤT NHƠM TỪ QUẶNG BƠ XÍT Cơng nghệ sản xuất nhơm từ quặng bôxit chủ yếu đƣợc tiến hành theo phƣơng pháp Bayer phƣơng pháp thiêu kết Tuy nhiên theo thống kê có 90% alumin giới đƣợc sản xuất phƣơng pháp Bayer, khoảng 10% phƣơng pháp thiêu kết từ bôxit nguyên liệu khác Ở Việt Nam q trình sản xuất nhơm đƣợc tiến hành phƣơng pháp Bayer nên dƣới đề cập phƣơng pháp Bayer, sơ đồ quy trình cơng nghệ nhƣ đƣợc trình bày tại hình 1-1: Hình 1-1 Sơ đồ nguyên lý sản xuất alumin phƣơng pháp bayer Bản chất phƣơng pháp công nghệ Bayer xử lý bôxit dung dịch kiềm costit dƣới tác dụng nhiệt độ áp suất, Al2O3 hoà tách vào dung dịch kiềm tạo thành dung dịch aluminat, sau tách hết bã bôxit (bùn đỏ), dung dịch aluminat đƣợc thủy phân aluminat thu Al(OH)3kết tủa, Sản phẩm này, sau đƣợc nungtạo sản phẩm alumin Al2O3 có độ sạch tới 98,8% Bùn đỏ đƣợc xử lý sau thải bãi, có chứa lƣợng đáng kể kiềm liên kết, kiềm tự nên có khả gây nhiễm mơi trƣờng, đòi hỏi phải đƣợc bảo quản tốt 1.3 BÙN ĐỎ VÀ CÁC VẤN ĐỀ MÔI TRƢỜNG LIÊN QUAN ĐẾN BÙN ĐỎ 1.3.1 Bùn đỏ Bùn đỏ chất thải trình sản xuất alumin hydroxyt nhôm từtinh quặng bôxit Trong công nghệ Bayer, bùn đỏ đƣợc tạo cơng đoạn hòa tách Trong cơng nghệ thiêu kết, bùn đỏ đƣợc tạo công đoạn thiêu-hoà tách Khối lƣợng bùn đỏ tạo nhiều hay phụ thuộc vào chất lƣợng quặng bơxit công nghệ chế biến quặng bôxit nhƣ công nghệ xử lý bùn đỏ trƣớc thải Lƣợng tạo thành bùn đỏ (khô) dao động khoảng 0,8-2,0 tấn/tấn alumin hay hydroxyt nhôm tùy thuộc vào chất lƣợng quặng bôxit vùng khác giới Một số mẫu công nghệ mỏ bôxit khu vực Tây Nguyên Việt Nam cho kết trung bình alumin hình thành khoảng 1,5 bùn đỏ (khơ) [2].Thành phần hố học thành phần khoáng vật bùn đỏ phụ thuộc vào nguyên liệu bôxit, công nghệ chế biến bôxit nhƣ công nghệ xử lý bùn đỏ trƣớc thải Đối với cơng nghệ Bayer thành phần hố học bùn đỏ nhƣ sau: Fe2O3: 25-60 %; TiO2:1-10 %; Na2O:1-10 %; Al2O3: 5-25 %; SiO2:1-20 %; MKN: 5-15 % CaO: 2-8 % [3] Thành phần bùn đỏ sản xuất alumin củadự án Tân Rai (Lâm Đồng) dự án Nhân Cơ (Đắk Nông), bao gồm: Fe2O3 (46,32 %), Al2O3 (17,56 %), SiO2 (6,7 %), TiO2 (7,2 %), Na2O (3,43 %), CaO (5,29 %), Khác (13,5 %) lƣợng xút (NaOH) dƣ.Độ pH bùn đỏ thƣờng dao động khoảng pH từ 10 đến 13 thành phần gây tác động tiêu cực đến môi trƣờng [3] Các khoáng vật bùn đỏ bao gồm pha có bơxit nhƣng khơng bị phá huỷ pha tạo thành trình chế biến Đối với công nghệ Bayer, thành phần pha natrialuminosilicat thƣờng có cơng thức nhƣ sau: 3(Na2O.Al2O3.2SiO2).Na2X.nH2O Ở đây, X- CO32-, SO42- , Cl- , OH- , AlO2- , Ở điều kiện định, TiO2 có bôxit tạo nên natri titanat với thành phần khác Trong quặng bôxit, Fe2O3 chủ yếu nằm pha gơtít hầu nhƣ khơng bị hồ tan trình Bayer thƣờng tạo bùn đỏ khó lắng, lọc Trong điều kiện có kiểm sốt, gơtit chuyển thành hêmatit cải thiện q trình lắng, lọc giảm chi phí vận hành Dƣới đặc tính số loại bùn đỏ giới: Bảng 1-6 Diện tích bề mặt riêng số loại bùn đỏ Diện tích bề mặt riêng (m2/g) Thành phần cấp hạt ≤ 0.074mm Bùn đỏ Jamaica, hồ tách 2500C có sục hydro 22,2 65,1% Bùn đỏ Jamaica, hoà tách 1400C 36,0 - Bùn đỏ Brazil 34,5 - Bùn đỏ Hy Lạp 7,3 - Bùn đỏ Tây Phi 19 - Bùn đỏ Australia 15 - Bùn đỏ Việt Nam 57,83 87,1% Loại bùn đỏ 0,5h Nhiều nghiên cứu bùn đỏ giới rằng: Bùn đỏ loại vật liệu mịn xét phân bố cỡ hạt gồm phân tử dạng mảnh mỏng [14]; [17]; [18] Giá trị đặc trƣng 90 % thể tích chứa hạt có kích thƣớc cỡ 75 μm Diện tích riêng bề mặt bùn đỏ vào khoảng 10 m2/g Bùn đỏ chứa hạt thô (> 106 μm >150 μm) gọi cát Số lƣợng hạt cát thay đổi từ 0,1 đến 50 % chất thải hồ tách khác nhau, thơng thƣờng 5% Trong nhiều trƣờng hợp hạt cát đƣợc tách khỏi trƣớc gạn lọc chuyển tới thiết bị rửa hệ thống tách Hạt cát chứa quartz Tỷ trọng cát khoảng 2,6÷3,5 t/m3; tỷ lệ lắng: 0,014÷35,9 cm/ks (tỷ lệ cao cho thấy có cát); độ pH dao động từ 12÷13,5 có thành phần natri cácbonat kiềm nhƣ natri hydroxit Độ phân bố cỡ hạt đặc trƣng bùn đỏ (hạt mịn hạt cát thơ) đƣợc trình bày tại hình 1-2 Hình 1-2 Thành phần hoá học bùn đỏ số nhà máy alumin giới Thành phần hóa học bùn đỏ số nhà máy sản xuất alumin giới đƣợc thống kê bảng 1-7 Bảng 1-7 Thành phần hoá học bùn đỏ [18] Nhà máy Thành phần, % khối lƣợng Fe2O3 Al2O3 TiO2 SiO2 Na2O CaO MKN Balco, India 27,9 19,4 16,4 7,3 3,3 11,8 12,6 Hindalco, India 28,1 21,9 15,6 7,5 4,5 10,2 12,2 Indal, India 44,5 19,2 13,5 7,0 4,0 0,8 10,0 St.Croix, USA 22,9 33,8 12,9 8,5 6,0 3,5 12,4 Arvida Que, Canada 27,4 28,4 9,8 14,3 8,8 1,3 9,9 Kirkwine, Jamaica 49,4 13,2 7,3 3,0 4,0 9,4 12,5 Gramercy, USA 51,5 15,0 6,7 1,7 1,0 7,0 9,3 Ajka, Hungary 42,1 14,8 5,2 13,5 8,9 6,1 8,2 Titograd, Yugoslavia 39,7 19,2 4,9 13,0 9,6 5,7 7,2 Pocos Caldes, Brazil 29,6 21,9 4,4 17,5 8,3 2,9 11,5 Pinjara, Australia 36,2 17,1 3,9 23,8 1,6 3,9 10,4 Nalco, India 54,8 14,8 3,7 6,4 4,8 2,5 9,5 10 1.3.2 Các vấn đề môi trƣờng liên quan đến bùn đỏ Bùn đỏ đƣợc đặc trƣng nồng độ tƣơng đối cao natri aluminate, natri cacbonat loạt anion khác Vì vậy, không đƣợc xử lý chúng trở thành nguồn tiềm gây nguy hại cho môi trƣờng Tác động môi trƣờng lớn bùn đỏ chiếm dụng diện tích lớn đất để làm bãi thải bùn Có trƣờng hợp diện tích đất làm bãi thải lớn gấp 10 lần diện tích để xây dựng nhà máy Ví dụ bãi thải bùn đỏ nhà máy luyện alumin Gove thuộc Công ty Nabalco (Australia) chiếm tới 500 ha, bãi thải bùn đỏ nhà máy Alumin Queensland Limited tại Gladstone, Queensland rộng 1000 [3] Hơn nữa, kích thƣớc hạt bùn đỏ mịn, độ kiềm cao (pH=12-14), hàm lƣợng chất hữu chất dinh dƣỡng cực thấp nên cối, chí cỏ dại khó sống bãi thải bùn đỏ ngừng hoạt động Muốn phục hồi cải tạo môi trƣờng bãi thải bùn đỏ, để trồng đƣợc đòi hỏi kinh phí lớn Do tính kiềm mạnh (độ pH cao) nên theo Công ƣớc quốc tế Basel (Điều 1, dòng 1a, loại #B2110, theo Tổ chức Hợp tác Phát triển Kinh tế châu Âu(OECD) (Code GG110-SRA) bùn đỏ thuộc danh mục chất thải nguy hại (CTNH) Ở Việt Nam, theo QCVN 50:2013/BTNMT chất thải có tính kiềm pH ≥ 12,5 xếp vào danh mục CTNH Do đặc tính mà bùn đỏ nguồn tiềm gây tác động xấu tới mơi trƣờng hệ sinh thái Ngồi ra, vấn đề lƣu trữ bùn đỏ vừa gây lãng phí, vừa có nguy ô nhiễm môi trƣờng Khả gây ô nhiễm nguồn nƣớc ngầm thải nƣớc từ bùn đỏ lớn Hơn nữa, bùn đỏ chứa lƣợng lớn hạt nhỏ đến cỡ siêu mịn (micromet), nên vấn đề tách nƣớc nhƣ dƣ lƣợng kiềm tan khỏi chúng khó khăn Lƣợng bùn đỏ thải lớn; theo nhiều thống kê lƣợng bùn đỏ giới hàng năm phát sinh khoảng 50 – 80 triệu [1] Thông thƣờng, sản xuất nhơm oxit phƣơng pháp Bayer lƣợng bùn đỏ thải 0,3 – 2,5 [3] Bùn đỏ thải chủ yếu đƣợc chứa đầm hay hồ chứa lớn Mỗi sở sản xuất nhơm phải trì hồ chứa lớn chiếm nhiều diện tích đất để chứa bùn đỏ Những hồ chứa luôn tiềm ẩn nhiều nguy gây ô nhiễm cho nguồn nƣớc môi trƣờng sinh 11 thái xung quanh Trên giới chứng kiến khơng cố vỡ đập tràn đập chứa bùn đỏ gây nên ảnh hƣởng nghiêm trọng đến môi trƣờng sinh thái Sự cố nhà máy alumin Ajka vụ tai nạn tràn bùn đỏ tại chuỗi hồ chứa chất thải độc hại nhà máy alumina Ajkai Timföldgyár tại làng Ajka, hạt Veszprém, phía tây Hungary vào lúc 12h25 địa phƣơng ngày tháng 10 năm 2010 góc tây bắc đập hồ chứa số 10 bị sụp đổ, làm thoát khoảng triệu mét khối chất thải lỏng từ hồ bùn đỏ Bùn đỏ tràn dƣới dạng sóng 1-2 mét, ngập lụt số địa phƣơng lân cận, bao gồm làng Kolontár thị trấn Devecser Ít chín ngƣời chết, 122 ngƣời bị thƣơng Khoảng 40 km vuông đất ban đầu chịu ảnh hƣởng cố Bùn tràn đến sông Danubevào ngày tháng 10 năm 2010 Thảm hoạ vỡ đập bùn đỏ tại Brazil (ngày 5/11/2015) khiến 13 ngƣời thiệt mạng để lại hậu họa nghiêm trọng 500 dặm dọc theo chiều dài sông Rio Doce đến cửa biển Đại Tây Dƣơng bị nhiễm độc thạch tín thủy ngân trầm trọng Tại Việt Nam mối đe dọa từ thảm họa bùn đỏ Trung - Tây Nguyên Ngày 08/10/2014, bùn đỏ tràn từ hồ thải quặng khu vực nhà máy bauxite Tân Rai, Lâm Đồng Lƣợng nƣớc có lẫn bùn chảy từ Hồ thải đuôi quặng qua đoạn đê phụ bị sạt lở khoảng 9.000 m3 Bùn đỏ sau chắt lọc đƣợc rửa để thu lại kiềm nhôm theo Giảm đƣợc lƣợng kiềm theo giảm ô nhiễm môi trƣờng Một vấn đề lớn việc xử lý bùn đỏ rửa sạch bùn đỏ cách triệt để, bùn đỏ chứa nhiều phần kiềm nhơm sót lại, có tính kiềm mạnh pH bùn đỏ lên đến 13 cao số trƣờng hợp [18] Nhƣ nói trên, dƣ lƣợng kiềm cao bùn đỏ nguy hiểm, nhƣ hồ chứa bùn đỏ có cố, bùn đỏ tràn ngoại mơi trƣờng gây nên thảm họa sinh thái môi trƣờng thủy sinh bị nhiễm kiềm, sinh vật sống đƣợc, canh tác vùng đất bị bùn đỏ tràn qua Theo Oliver Donard, Giám đốc Học viện Khoa học phân tích Vật lí – Hóa học mơi trƣờng vật liệu thuộc Trung tâm Quốc gia nghiên cứu khoa học CNRS Đại học Paul, mức độ nguy dài hạn bùn đỏ tùy thuộc vào thành 12 phần kim loại có chất thải Nói chung, có nhiều sắt oxit, nhơm oxit, silic, titan, chì, crom thủy ngân bùn đỏ Vấn đề dạng thức hóa học kim loại hoạt tính Ví dụ nhƣ nhơm oxit, thể rắn khơng độc, nhƣng dạng dung dịch, có hoạt tính cao xuyên thấu màng sinh học Tƣơng tự, crom dƣới dạng Cr(VI) xâm nhập vào thể dễ gây bệnh ung thƣ Bùn đỏ qnh khơ có nguy bụi đỏ bay theo gió Trong mùa mƣa, hợp chất kim loại di chuyển theo dòng nƣớc Đất đai khơng thể trồng trọt, có canh tác thực phẩm có nguy chứa kim loại nặng 1.3.3 Tình hình nghiên cứu xử lý tái sử dụng bùn đỏ giới Việt Nam (a) Trên giới Ngành công nghiệp sản xuất nhôm giới phát triển nhanh kể từ đời Cùng với phát triển công nghệ kinh tế, quy mô nhà máy sản xuất alumin ngày lớn Năm 1980 nhà máy alumin có cơng suất triệu tấn/năm, đƣợc xây dựng Australia Brazil đƣợc coi nhà máy lớn Hiện có nhà máy alumin Alunorte (ở Barcarena, Brazil) có cơng suất tới triệu tấn/năm Sản xuất alumin (hoặc hydroxyt nhôm) phƣơng pháp Bayer thải khối lƣợng lớn chất thải “bùn đỏ” Theo tổng kết Tổ chức nghiên cứu khoa học công nghiệp Liên bang Australia 2009, tổng lƣợng bùn đỏ thải từ bắt đầu có ngành sản xuất alumin giới đến năm 1985 khoảng tỷ Đến năm 2007 tổng lƣợng bùn đỏ thải đạt tới 2,6 tỷ Nhƣ thấy cần khoảng 90 năm để hình thành tỷ bùn đỏ đầu tiên, nhƣng cần 15 năm để hình thành tỷ bùn đỏ Đối với nhà máy alumin, vấn đề quản lý chất thải có tính kiềm cao nhƣ có lựa chọn: (1) Lƣu giữ bùn đỏ vô thời hạn hồ/đập chứa; (2) Trung hoà bùn đỏ: nhằm tăng khả sử dụng bùn đỏ, giảm thiểu khối lƣợng lƣu giữ bùn đỏ, giảm chi phí xây dựng hồ thải nhờ giảm cấp chống thấm 13 Tuy nhiên chi phí lâu dài lựa chọn lƣu giữ bùn đỏ vô thời hạn hồ/đập chứa nói tốn Ví dụ Australia cần 80 triệu USD/năm cần trì khoảng 500 năm [3] Ngồi trách nhiệm pháp lý liên quan đến khu vực hồ/đập chứa bùn đỏ cao Việc đảm bảo an toàn cho hồ/đập chứa bùn đỏ gặp nhiều khó khăn nhƣ: chi phí xây dựng bảo trì hồ/đập bùn đỏ cao đất sau sử dụng làm bãi chứa bùn đỏ khó sử dụng cho mục đích khác Bùn đỏ mang tính kiềm cao mối nguy hiểm cho sức khỏe ngƣời loài động vật xung quanh tiếp xúc phải; xử lý tốn rò rỉ nƣớc thải từ hồ/đập chứa bùn đỏ kiềm vào nƣớc mặt nƣớc ngầm khu vực cần phải xử lý lâu dài kể sau hồ/đập thải ngừng hoạt động; chi phí liên quan đến bảo vệ mơi trƣờng, hồn thổ phục hồi mơi trƣờng, đền bù v.v tăng cao theo thời gian (3) Nung kết bùn đỏ với chất phụ gia thích hợp, sau hòa tan nƣớc tan để thu hồi Na2O Al2O3 Bã rắn lại để sản xuất thép titan (4) Xử lí bùn đỏ axit hợp chất hóa học khác để thu hồi cấu tử có giá trị phƣơng pháp kết tủa kết tinh chọn lọc, hay tạo vật liệu có giá trị từ cấu tử thu đƣợc sau hoà tách nhƣ zeolite, nepheline Hoặc dùng bùn đỏ phối trộn với số phối liệu khác để sản xuất gốm sứ (b) Ở Việt Nam Các nghiên cứu xử lý bùn đỏ nƣớc hạn chế ngành cơng nghiệp chế biến bơxit nƣớc ta Ngồi Nhà máy Hóa chất Tân Bình (TP.HCM) sản xuất hydroxyt nhơm (có thải bùn đỏ từ lâu), có Nhà máy Alumin Tân Rai (Lâm Đồng) Nhà máy Alumin Nhân Cơ (Đăk Nông) vào hoạt động Ở nƣớc ta có số nghiên cứu liên quan đến bùn đỏ nhƣ: tái sử dụng bùn đỏ làm vật liệu nhƣ làm vật liệu hấp phụ, vật liệu keo tụ dạng phèn chua, vật liệu dùng xây dựng nhƣ: bê tơng khí có tỉ trọng thấp, gạch block, chất kết dính vơ dạng xi măng, số phụ gia làm đƣờng giao thông, tận dụng 14 bùn đỏ để tạo loại vật liệu có khả xử lý nhiễm ion kim loại nặng chất độc hại khác môi trƣờng nƣớc, v.v [3] Một số nghiên cứu bùn đỏ Việt Nam sau: + Sản xuất thép từ bùn đỏ: Nhóm nhà nghiên cứu Viện Hoá học (Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam), TS Vũ Đức Lợi, Trƣởng Phòng Khoa học Kỹ thuật phân tích khoa học, nghiên cứu xây dựng đƣợc quy trình luyện thép từ nguyên liệu bùn đỏ Quy trình đƣợc áp dụng thử nghiệm thành công tại Nhà máy Thép Thái Hƣng (Hải Dƣơng) sản xuất thép từ 10 bùn đỏ đầu tiên[9] + Sản xuất vật liệu xử lý ô nhiễm: Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam nghiên cứu thành công việc tận dụng thành phần có ích bùn đỏ để tạo vật liệu có khả xử lý ô nhiễm kim loại nặng nƣớc thải Trộn bùn đỏ với loại phụ gia nhƣ dầu cốc, cao lanh, thủy tinh lỏng (Na2SiO3) theo tỷ lệ định, thêm lƣợng nƣớc phù hợp trộn nhuyễn Hạt vật liệu có đƣờng kính cỡ 2,5 mm, nung mẫu nhiệt độ khác từ 400-900 0C Vật liệu thân thiện với mơi trƣờng, có khả hấp thụ cao, giá thành rẻ, phù hợp với điều kiện Việt Nam + Sản xuất vật liệu xây dựng: Viện Khoa học Vật liệu tiến hành nghiên cứu sử dụng bùn đỏ để sản xuất sản phẩm có ích nhƣ bê tơng khí có tỉ trọng thấp, gạch block, chất kết dính vơ dạng xi măng, số phụ gia làm đƣờng giao thông + Nghiên cứu, xử lý bùn đỏ thành đất trồng: khoa Môi trƣờng Trƣờng Đại học Đà Lạt nghiên cứu xử lý bùn đỏ thành đất trồng phục vụ cho hoạt động sản xuất nơng nghiệp Nhóm nghiên cứu trung hòa bùn đỏ với chất thải hữu nhƣ bã thải sau trồng nấm, phế thải dịch nấm men than bùn, tỷ lệ đồng 1:1:1:1, để tạo thành đất thích hợp với trồng trồng thử nghiệm thành công số loại nhƣ long, nha đam (lô hội), xƣơng rồng Nopal dứa có sức chống chịu cao 15 Mặc dù có nguồn bùn đỏ phát sinh hàng năm lớn nhƣ vậy, nhiên nƣớc chƣa có cơng trình nghiên cứu đƣợc cơng bố thu hồi nhơm quặng thải Do mục tiêu đề tài nghiên cứu thu hồi nhôm sắt bùn đỏ trình sản xuất alumin Tây Nguyên nhằm bƣớc gắn kết chặt chẽ mục tiêu lợi nhuận, kinh tế với trách nhiệm bảo vệ mơi trƣờng, an tồn lao động nhƣ bảo vệ tài nguyên khoáng sản 16 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Đồn Hạnh (2010) BaseconTM - cơng nghệ xử lí bùn đỏ thải từ nhà máy alumin Đinh Văn Tôn(2015) Đánh giá trạng đề xuất giải pháp giảm thiểu cố ô nhiễm môi trường từ hồ thải chế biến số loại khống sản tồn quốc Viện Khoa học Công nghệ Mỏ - Luyện kim Báo cáo tổng kết nhiệm vụ cấp Bộ Hoàng Thế Phi (2012), Nghiên cứu khả xử lý bùn đỏ phương pháp trung hòa nước biển, Viện Khoa học Công nghệ Mỏ - Luyện kim Báo cáo tổng kết nhiệm vụ cấp Bộ Trung tâm Môi trƣờng Công nghiệp-Viện Khoa học Công nghệ MỏLuyện kim(2002),Nghiên cứu xử lý bùn đỏ Nhà máy Hóa chất Tân Bình, Báo cáo tổng kết đề tài KHCN cấp Bộ Nguyễn Thúy Lan (2011) Báo cáo đánh giá môi trường chiến lược Quy hoạch sử dụng, khai thác, chế biến sử dụng quặng Bauxit giai đoạn đến năm 2020 có xét đến năm 2030 Vũ Đức Lợi (2014) Nghiên cứu công nghệ sản xuất thép vật liệu xây dựng không nung từ nguồn thải bùn đỏ trình sản xuất alumin Tây Nguyên; 46 Tiếng Anh Alcoa, Australia’s Alumium (1963) Maior Rasidue Program Wa Residue operations residue drying areas (RDA) typical construction components/phases D.J Cooling, Alcoa World Alumina (2002) Improving the Sustainability of Residue Management Practices - Alcoa World Alumina Evans, Richard B (2005) The Aluminium Odyssey – Threats and Opportunities for our Industry’s Future Notes of the Executive Vice President of Alcan Inc for the 10th World Aluminium Conference Reykjavik, Icelvà, 14 June 2005 10.Raw Materials Group (2004) Press release: top 10 companies in world metal mining in 2003 Available at: http://www.rawmaterialsgroup.com/DocPDF/RMGTop10.pdf) 11.Switkes, Glenn (2003) Aluminium dams planned for Amazon put on hold.World Rivers Review, vol 18 No 12.Pigato, Miria (2001) The foreign Direct Investment Environment in Africa Africa Region Working Paper Series No 15 World Bank 13.Rankin, Adam and Velez, Hildebrando (2000) Mining in the Crossroads of Sustainability CENSAT Agua Viva – Friends of the Earth Colombia Colombia 14.Minerals and Mining Statistics Division (MMSD) of Natural Resources Canada (1997) Generalized model of the mineral resource development and mining process 15.Hagerman, R.A (1984) U.S reliance on Africa for strategic minerals Paper submitted to The Marine Corps Command and Staff College, in partial fulfillment of requirements for written communications Quantico, Virginia 16.Sara J Palmer, Ray L Frost and Tai Nguyen (2009), Hydrotalcites and their role in coordination of anions in Bayer liquors, Coordination Chemistry Reviews, Vol 253, Issues 1-2, P 250-267 47 17.UNIDO (1979),“Group Training in Production of Aluminium (Volume 8)” Manual for Laboratory Budapest; 18.UNIDO (1983),“World Review on Envionrmental Aspects and Protection in the Bauxit/ Alumina Industry” Budapest; 48 ... xuất alumin Tây Nguyên Nội dung 2: Nghiên cứu khả thu hồi nhôm từ bùn đỏ Hoạt động 1: Lựa chọn phương pháp thu hồi; Hoạt động 2: Nghiên cứu điều kiện tối ưu thu hồi nhôm từ bùn đỏ; Nội dung 3: Nghiên. .. từ đề cập trên, chúng chọn đề tài: Nghiên cứu thu hồi nhôm sắt từ bùn đỏ trình sản xuất alumin Tây Nguyên nhằm xử lý bã thải bùn đỏ theo hƣớng thu hồi sắt nhôm phục vụ ngành công nghiệp luyện... nguồn bùn đỏ phát sinh hàng năm lớn nhƣ vậy, nhiên nƣớc chƣa có cơng trình nghiên cứu đƣợc cơng bố thu hồi nhơm quặng thải Do mục tiêu đề tài nghiên cứu thu hồi nhơm sắt bùn đỏ q trình sản xuất alumin