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 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 Chun ngành: Hóa Mơi 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 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 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 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 DANH MỤC BẢNG Bảng Bảng 1.1 Bảng 1.2 Bảng 2.1 Bảng 2.2 Bảng 2.3 Bảng 2.4 Bảng 2.5 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 DANH MỤC HÌNH VẼ ĐỒ THỊ Hình Hình 1.1 Hình 2.1 Hình 2.2 Hình 2.3 Hình 3.1 Hình 3.2 Hình 3.3 Hình 3.4 Hình 3.5 Hình 3.6 Hình 3.7 Hình 3.8 Hình 3.9 61 (ppm) loại kim Nồng độ Hình 3.12 Ảnh hưởng ion photphat đến khả giải phóng kim loại Mn, Cu, Zn, Fe pH = Tại pH = đồng thời có mặt ion photphat ta thấy nồng độ kim loại thấp so với pH = cao pH giảm thủy phân nồng độ PO4 Bảng 3.8 Ảnh hưởng ion photphat đến kh Photphat mg/l 10 15 20 25 62 loại (ppb) độ kim Nồng Nồng dộ kim loại (ppm) Hình 3.13 Ảnh hưởng ion photphat đến khả giải phóng kim loại Cr, Co, Ni, Hình 3.14 Ảnh hưởng ion photphat đến khả giải phóng kim loại Mn, Cu, Zn, Fe pH =6 Tại pH = 6, ta nhận thấy tương tự pH = 7, pH = nồng độ photphat tăng nồng độ kim loại giảm ( trừ As) giảm nồng độ kim loại không mạnh giá trị pH lớn 63 Bảng 3.9 Ảnh hưởng ion photphat đến khả giải phóng kim loại pH =5 Photphat Cr ppb mg/l 85.55 10 54.98 15 46.21 20 43.27 25 32.79 Nồng độ kim loại (ppb) Hình 3.15 Ảnh hưởng ion photphat đến khả giải phóng kim loại Cr, Co, Ni, As, Pb, Cd pH =5 64 độ kim loại (ppm) Nồng Hình 3.16 Ảnh hưởng ion photphat đến khả giải phóng kim loại Mn, Cu, Zn, Fe pH =5 Theo bảng kết ta thấy có asen có nồng độ tăng tăng nồng độ ion photphat Điều giải thích sau: keo sắt tạo thành q trình thí nghiệm hạt keo dương, dễ dàng hấp phụ ion asenat, photphat Vì xảy hấp phụ cạnh tranh ion làm cho lượng asenat bị hấp phụ Khi nồng độ photphat tăng lượng asenat hấp phụ nên lượng asen pha nước tăng theo độ tăng photphat cho vào Đối với ion kim loại khác, tăng nồng độ photphat thi hàm lượng ion kim loại giảm tạo thành muối photphat tan mức độ khác M2+ + PO43- → M3(PO4)2 ↓ Khi pH có giá trị lớn, ảnh hưởng bới ion photphat mạnh pH bé Thể ỏ hình giảm nồng độ kim loại dần tăng nồng độ photphat pH= 8, 7, , 5( độ dốc giảm dần) Điều giải thích muối photphat thường có độ tan nhỏ nhiều so với hidroxit Mặt khác, lượng photphat 3- cho vào pH cao ( 8, 7) lượng PO lớn làm cho ion kim loại chủ yếu nằm dạng photphat không tan, lượng tan giảm tuyến tính với tăng nồng độ 65 photphat Còn pH thấp ( 6, ) ion photphat chuyển sang dạng hydrophotphat, muối có độ tan lớn 3.3.5 Ảnh hưởng pH đến khả giải phóng kim loại nặng Để khảo sát ảnh hưởng pH đến khả giải phóng kim loại nặng từ xỉ pyrit, tiến hành sau: Cho 1,5 ml dung dịch H2SO4 98% vào H2O định mức 100 ml thu dung dịch có pH = Từ dung dịch ta pha thành 100 ml dung dịch có pH = 2, 3, 4, 5, có thành phần nước mưa thấm qua, Cho 100 ml dung dịch có pH =6 thấm với tốc độ giọt/s qua xỉ, mở van lấy mẫu Mẫu với pH = 5, 4, tiến hành tương tự Lấy mẫu thu xác định As phương pháp so màu giấy tẩm HgBr2 xác định kim loại khác máy ICP-MS Bảng 3.10 Ảnh hưởng pH đến khả giải phóng kim loại nặng pH Cr ppb Co ppb 95.55 208.03 116.51 297.34 157.13 312.38 379.7 837.45 708.23 998.23 66 loại (ppb) độ kim Nồng Hình 3.16 Ảnh hưởng pH 1200 độ kim loại (ppb) 1000 800 600 Nồng 400 200 Hình 3.17 Ảnh hưởng pH đến khả giải phóng kim loại Mn, Cu, Zn, Fe Từ bảng kết chứng tỏ pH có giá trị cao 6,0 nồng độ kim loại thấp, Ở pH kim loại bị thuỷ phân kết tủa cộng kết – hấp phụ sắt(III)hidroxit Khi pH giảm nồng độ kim loại tăng Khi pH giảm đến nồng độ kim loại tăng mạnh pH lượng sắt(III)hydroxit kết tủa bị tan đồng thời giải phóng kim loại cộng kết – hấp phụ Mặt khác pH khơng có khả oxi hố Mn(II) lên MnO2 dạng kết tủa nên chủ yếu tồn dạng Mn(II) Vì vậy, nồng độ ion kim loại tăng mạnh, kể asen sắt 68 KẾT LUẬN Trong trình nghiên cứu đánh giá khả giải phóng kim loại từ xỉ thải Pyrit lộ thiên, rút kết luận sau Q trình rửa trơi dạng chất tan xỉ làm giải phóng lượng lớn kim loại nặng vào mơi trường Phong hố quặng đường giải phóng kim loại vào mơi trường nước nguyên nhân gây ô nhiễm môi trường * Q trình phong hóa khơng tích lũy làm giải phóng kim loại nặng từ phần sufua cịn lại đáng kể giai đoạn đầu Giai đoạn sau vẩn tiếp tục chậm pH không giảm xuống thấp, đồng thời phong hóa bị hạn chế bị che phủ bề mặt làm kim loại cố định trở lại xỉ Tuy nhiên độ giảm nồng độ pha loãng nên tổng lượng kim loại giải phóng vẩn tăng theo thời gian * Q trình phong hóa có tích lũy nguy giải phóng kim loại độc hại mơi trường cao Mà thực tế, bãi thải xỉ lớn, có bề dày lớn nên khả xảy q trình phong hóa oxi hóa có tích lũy cao pH giảm dần nồng độ ion kim loại giải phóng từ xỉ điều kiện xung có tích lũy tăng dần theo thời gian Đặc biệt, pH pha nước giảm mạnh khả giải phóng kim loại tăng mạnh Trong pha nước có mặt ion photphat, asen nguyên tố gây ô nhiễm môi trường ảnh hưởng đến sức khoẻ người (có thể gây ung thư) giải phóng mạnh khả hấp phụ cạnh tranh ion photphat Còn nguyên tố kim loại nặng khác giảm mạnh khả giải phóng môi trường nước pH cao Khả chuyển hoá từ sắt(II) lên sắt (III) khả thuỷ phân sắt(III) thành sắt(III)hydroxit đóng vai trị quan trọng, đơi mang tính định việc giải phóng kim loại nặng asen vào môi trường nước 69 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Nguyễn Thị Kim Dung (2011), Nghiên cứu trình ô nhiễm asen mangan nước tác động mơi trường oxi hố 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 mơi trường ni trồng tới khả tích luỹ số kim loại nặng lồi Nghêu(Meretrixlyrata) xóm I-II, xã Nam Thịnh, huyện Tiền Hải, tỉnh Thái Bình, Khố luận tốt nghiệp Đại học, Đại học dân lập Hải Phịng Hồ Sĩ Giao, Mai Thế Tồn (2011), Những điểm nóng mơi trường hoạt động khai thác mỏ Việt Nam, Hội nghị khoa học kỹ thuật mỏ quốc tế 2010 Trần Tứ Hiếu,Nguyễn Văn Nội (2008), Cơ sở Hố học mơi trường, Đại học Quốc gia Hà Nội Phạm Ngọc Hồ-Đồng Kim Loan-Trịnh Thị Thanh (2010), Giáo trình sở mơi trường nước, Nhà xuất giáo dục Doãn Văn Kiệt, Một số nguyên tố vi lượng thường gặp nước ảnh hưởng chúng, Đại học tây Bắc Tuấn Nghĩa (2011), Kiểm sốt nhiễm mơi trường mỏ báo kinh tế đối ngoại Hồng Nhâm(2001), Hố học vơ cơ, tập 2,3, Nhà xuất giáo dục Đỗ Thị Vân Thanh – Trịnh Hân (2011), Khoáng vật học, nhà xuất Đại học Quốc gia Hà Nội 10 Đặng Trung Thuận (2000), Giáo trình địa hố học, Đại học quốc gia Hà Nội 11 Vũ Văn Tùng (2012), Nghiên cứu khả giải phóng kim loại nặng từ bãi thải, đuôi quặng nghèo đồng sulfua, Luận văn thạc sỹ, Đại học Quốc gia Hà Nội 70 Tiếng Anh 12 Bates, M.N., Smith, A.H., and Hopenhayn-Rich, C (1992), Arsenic ingestion and internal cancers a review, Am.J.Epidemiol.135:462-476 13 Churl Gyu Lee,Hyo-Teak Chon, Myung Chae Jung (2011), “Heavy metal contamination in the vicinity ò the Daduk Au-Ag-Pb-Zn mine in Korea”, Applied Geochemistry 16 (2011) 1377-1386 14 Cunningham, W.P and Saigo, B.W (2001), Environmental Science: A global concern 6thedt, McGraw-Hill Companies, Inc 15 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 71 ... 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 ... 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 Chun ngành: Hóa Mơi trường Mã số: 60 44 41 LUẬN VĂN THẠC... phóng kim loại nặng từ xỉ thải pyrit lộ thiên? ?? 11 Chương TỔNG QUAN 1.1 Pyrit xỉ thải pyrit 1.1.1 Giới thiệu chung Pyrit Pyrit hay pyrit sắt, khống vật disunfua sắt với cơng thức hóa học FeS2 Ánh kim