(Luận văn thạc sĩ) đặc điểm oxy hóa quặng pyrit ở mỏ pyrit giáp lai và các vấn đề môi trường liên quan

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - Nguyễn Thị Liên ĐẶC ĐIỂM OXY HÓA QUẶNG PYRIT Ở MỎ PYRIT GIÁP LAI VÀ CÁC VẤN ĐỀ MÔI TRƢỜNG LIÊN QUAN LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội - Năm 2013 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - Nguyễn Thị Liên ĐẶC ĐIỂM OXY HÓA QUẶNG PYRIT Ở MỎ PYRIT GIÁP LAI VÀ CÁC VẤN ĐỀ MÔI TRƢỜNG LIÊN QUAN Chuyên ngành: Khoáng vật học địa hóa học Mã số: 60440205 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC TS Phạm Tích Xuân Hà Nội - Năm 2013 LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận văn em nhận bảo hướng dẫn tận tình thầy hướng dẫn, giúp đỡ tạo điều kiện bác, cô, anh, chị phịng Địa hóa, Lãnh đạo cán Viện Địa chất – Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam nơi em cơng tác suốt q trình thực luận văn Đầu tiên cho em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới TS Phạm Tích Xuân người trực tiếp hướng dẫn, bảo tận tình cho em suốt q trình thực hồn thành luận văn Qua đây, em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy cô giáo Khoa Địa chất - Trường Đại học Khoa học Tự nhiên tồn thể các phịng Địa hóa Viện Địa chất – Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam giúp đỡ tạo điều kiện cho em học tập, nghiên cứu trao đổi suốt thời gian hoàn thành luận văn Đặc biệt em xin cảm ơn PGS.TS Nguyễn Văn Phổ TS Nguyễn Thùy Dương, người giúp đỡ em nhiều trình tìm hiểu, nghiên cứu tổng hợp tài liệu hồn thành luận văn Cuối lời cảm ơn chân thành tới gia đình bạn bè người ủng hộ, động viên tạo điều kiện cho em suốt trình học tập, cơng tác q trình thực luận văn Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày tháng 12 năm 2013 Học viên: Nguyễn Thị Liên MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƢƠNG KHÁI QUÁT CHUNG VỀ KHU VỰC MỎ PYRIT GIÁP LAI 1.1 Đặc điểm địa lý tự nhiên, kinh tế - xã hội 3 1.2 Đặc điểm địa chất khoáng sản lịch sử hoạt động khai thác chế biến quặng pyrit mỏ pyrit Giáp Lai CHƢƠNG CỞ SỞ LÝ THUYẾT VÀ HỆ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Cơ sở lý thuyết 2.2 Hệ phương pháp nghiên cứu 13 CHƢƠNG ĐẶC ĐIỂM OXY HÓA QUẶNG PYRIT VÀ VẤN ĐỀ Ô NHIỄM 17 KIM LOẠI NẶNG 3.1 Đặc điểm thành phần quặng 17 3.2 Các khoáng vật thứ sinh đới oxy hóa sulfid… ………… 21 3.3 Đặc điểm oxy hóa quặng pyrit 23 3.4 Dòng thải axit mỏ khu vực Giáp Lai vấn đề ô nhiễm kim loại 32 nặng CHƢƠNG HIỆN TRẠNG Ô NHIỄM KIM LOẠI NẶNG Ở KHU VỰC MỎ 40 PYRIT GIÁP LAI 4.1 Môi trường nước mặt 40 4.2 Môi trường nước ngầm 49 4.3 Môi trường đất 52 CHƢƠNG THÍ NGHIỆM KHẢ NĂNG TẠO AXIT VÀ TÁCH CHIẾT KIM 55 LOẠI NẶNG TỪ CÁC VẬT LIỆU BÃI THẢI CỦA MỎ PYRIT GIÁP LAI 5.1 Thí nghiệm xác đinh khả tạo axit 55 5.2 Thí nghiệm chiết tách kim loại nặng axit 56 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ… 61 TÀI LIỆU THAM KHẢO 63 DANH SÁCH HÌNH VẼ Hình1 Sơ đồ vị trí mỏ pyrit Giáp Lai Hình Sơ đồ địa chất khu mỏ pyrit Giáp Lai Hình Các kiểu dịng thải mỏ hình thành oxy hóa sulfid Hình Mơ hình biểu diễn thành tạo dịng thải axit di chuyển chất ô nhiễm từ bãi thải Hình Hồ thải quặng hình thành dịng thải axit Hình Moong khai thác lộ thiên hình thành dịng thải axit mỏ Hình Khai thác hầm lị hình thành dịng thải axit mỏ Hình Giản đồ XRD mẫu quặng pyrit bị oxy hóa Hình Giản đồ XRD mẫu quặng pyrit bị oxy hóa Hình 10 Biểu đồ biến thiên pH theo thời gian hồ số Hình 11 Biểu đồ biến thiên độ pH theo chiều sâu bãi thải Hình 12 Sơ đồ vị trí điểm khảo sát, đo tiêu môi trường lấy mẫu Hình 13 Biểu đồ biến thiên pH dọc theo suối Đồng Đạo Hình 14 Hàm lượng Ni mẫu nước nước mặt khu vực Giáp Lai Hình 15 Hàm lượng Zn mẫu nước mặt khu vực mỏ pyrit Giáp Lai Hình 16 Hàm lượng Pb mẫu nước mặt khu vực mỏ pyrit Giáp Lai Hình 17 Biểu đồ so sánh hàm lượng As kim loại nặng nước mặt khu mỏ Giáp Lai với nước sơng Bứa Hình 18 Biểu đồ tỷ lệ mẫu nước ngầm có số pH thấp tiêu chuẩn cho phép Hình 19 Biểu đồ tỷ lệ mẫu nước ngầm có hàm lượng kim loại vượt tiêu chuẩn cho phép khu mỏ pyrit Giáp Lai Hình 20 Biểu đồ hàm lượng As đất khu vực Giáp Lai so với QCVN03:2008 Hình 21 Biểu đồ tỷ lệ hàm lượng số KLN đất khu vực Giáp Lai so với QCVN03:2008 (mùa mưa) Hình 22 Biểu đồ tỷ lệ hàm lượng số KLN đất khu vực Giáp Lai so với QCVN03:2008 (mùa khô) Hình 23 Biến thiên độ pH thí nghiệm theo thời gian Hình 24 Biến thiên hàm lượng Cu theo thời gian Hình 25 Biến thiên hàm lượng Ni theo thời gian Hình 26 Biến thiên hàm lượng Co theo thời gian DANH SÁCH BẢNG BIỂU Bảng Hàm lượng trung bình số kim loại quặng pyrit Bảng Các khoáng vật thứ sinh thường gặp đới oxy hóa sulfid kim loại điển hình Bảng Kết đo pH mẫu nước moong khai thác pyrit Giáp Lai Bảng Kết thí nghiệm phương pháp pH paste Bảng Hàm lượng số kim loại đất đá thải bãi quặng đuôi Giáp Lai Bảng Kết đo pH hàm lượng số KLN mẫu nước moong khai thác cũ (các hồ) bãi thải khai thác Bảng Kết đo số tiêu môi trường nước mặt khu vực Giáp Lai Bảng Hàm lượng KLN nước mặt khu vực pyrit Giáp Lai vào mùa mưa Bảng Hàm lượng KLN nước mặt khu vực pyrit Giáp Lai vào mùa khô Bảng 10 Kết đo số tiêu mẫu nước giếng khu vực mỏ pyrit Giáp Lai Bảng 11 Hàm lượng kim loại nặng nước giếng khu vực pyrit Giáp Lai (mg/l) Bảng 12 Hàm lượng kim loại nặng đât khu vực pyrit Giáp Lai (mg/kg) Bảng 13 Kết thí nghiệm khả tạo axit vật liệu bãi thải Bảng 14 Kết thí nghiệm chiết tách kim loại dung dịch axit H 2SO4 pH=2.05 Bảng 15 Kết thí nghiệm chiết tách kim loại dung dịch axit H 2SO4 pH=4.04 DANH SÁCH ẢNH MINH HỌA Ảnh Tinh thể pyrit bị dập vỡ kết tinh tự hình Ảnh Hạt pyrit với bề mặt bị dập vỡ Ảnh Các hạt pyrit kết tinh tự hình bị biến đổi oxy hóa Ảnh Pyrit pyrotin, pyrotin bị dập vỡ bị oxy hóa Ảnh Pyrit pyrotin bị oxy hóa Ảnh Pyrotin tiếp xúc phẳng với chancopyrit Ảnh Hạt pyrit bị dập vỡ, khe nứt lấp đầy oxyhydroxit sắt Ảnh Các hạt pyrit bị oxy hóa từ rìa vào, có chỗ bị thay hoàn toàn các oxit (oxyhydroxit) sắt Ảnh Pyrit bị oxy hóa từ ngồi vào tạo thành riềm goetit bao quanh Ảnh 10 Pyrit bị oxy hóa từ ngồi vào tạo thành riềm goetit bao quanh Có chỗ pyrit bị biến đổi hoàn toàn Ảnh 11 Hạt pyrit bị biến đổi hồn tồn thành goetit, giữ hình dạng tinh thể pyrit ban đầu Ảnh 12 Hạt pyrit bị biến đổi thành goetit, goetit giả hình theo pyrit Ảnh 13 Bề mặt hạt pyrit trước để oxy hóa tự ngồi khơng khí Ảnh 14 Bề mặt hạt pyrit sau để oxy hóa khơng khí thời gian Ảnh 15 Khảo sát lấy mẫu khu vực hồ Giáp Lai (hồ số 2) Ảnh 16 Khảo sát lấy mẫu khu vực hồ Giáp Lai (hồ số 2) Ảnh 17 Khe suối cạnh bãi tập thải quặng đuôi Ảnh 18 Nước axit thấm từ bãi thải quặng đuôi mỏ pyrit Giáp Lai Ảnh 19 Nước màu vàng thường xuyên rỉ từ khu tập kết quặng pyrit cũ Ảnh 20 Tường nhà trụ sở UBND xã Giáp Lai thường xuyên bị tróc lở tác động nước axit ngấm lên từ đất Ảnh 21 Dòng thải axit rò rỉ từ bãi tập kết quặng cũ chảy vào ruộng lúa bên cạnh tạo màng sắt nâu, lúa sinh trưởng Ảnh 22 Dòng thải axit rò rỉ từ bãi tập kết quặng cũ chảy vào ruộng lúa bên cạnh tạo màng sắt nâu, lúa khơng thể sinh trưởng MỞ ĐẦU Q trình oxy hóa sulfid tượng tạo dịng thải axit ln vấn đề môi trường hàng đầu liên quan đến hoạt động khai thác chế biến khoáng sản kim loại với q trình hịa tan phát tán vào mơi trường kim loại chất độc hại khác Axit hình thành q trình oxy hóa khống vật sulfid (điển hình pyrit) tiếp xúc với oxy nước Tuy nhiên, khả đá chứa sulfid tạo thành dòng thải axit phụ thuộc nhiều vào có mặt khống vật có tính kiềm, calcit (CaCO3), dolomit (CaMg(CO3)2 số khoáng vật khác Sự hình thành dịng thải axit xuất nhanh đạt mức tối đa sau vài chục năm (Ziemkiewicz et al, 1991; Hart et al, 1991) [13] cịn tiếp tục mỏ đóng cửa Nhiều tác giả cịn nhấn mạnh rằng, nguy nhiễm kim loại nặng từ mỏ đóng cửa cịn cao tình trạng khơng kiểm sốt chúng Mỏ pyrit Giáp Lai thuộc địa bàn huyện Thanh Sơn (Phú Thọ) hoạt động khoảng thời gian 1975 đến 1999, sau mỏ đóng cửa Trung bình hàng năm khai thác khoảng 10 - 50 nghìn quặng pyrit, thời kỳ cao điểm (những năm 1980) sản lượng lên đến 200.000 tấn/năm Trong năm 2006 - 2007, phương tiện thông tin đại chúng đưa hàng loạt viết tình trạng số người mắc ung thư xã Giáp Lai tăng vọt, nhiều người công nhân cũ trực tiếp tham gia khai thác tuyển quặng pyrit mắc nhiều loại bệnh khác nhau, số bị vô sinh Gần tác giả N Håkan TarrasWahlberg Lan T Nguyen [9] có nghiên cứu dòng thải axit mỏ tượng ô nhiễm kim loại nặng khu mỏ Giáp Lai Kết cho thấy hàm lượng kim loại nước mặt tăng lên sau đóng mỏ nguy ô nhiễm cao Rõ ràng là, đóng cửa 10 năm, mỏ pyrit Giáp Lai đặt vấn đề môi trường cấp bách Xuất phát từ thực tế đó, học viên lựa chọn đề tài: “Đặc điểm oxy hóa quặng pyrit mỏ pyrit Giáp Lai vấn đề môi trường liên quan” làm đề tài luận vặn tốt nghiệp Kết nghiên cứu đề tài sở cho việc bảo vệ môi trường khu vực mỏ Giáp Lai, đồng thời đóng góp luận khoa học cho công tác quản lý bảo vệ môi trường sau đóng cửa mỏ nói chung Mục tiêu luận văn làm sáng tỏ đặc điểm oxy hóa quặng pyrit mỏ pyrit Giáp Lai vấn đề mơi trường liên quan đến qúa trình oxy hóa pyrit Đánh giá khả tạo dòng thải mỏ axit nguy gây ô nhiễm kim loại nặng từ vật liệu bãi thải khu vực Giáp Lai Bố cục luận văn gồm: Mở đầu Chương Khái quát chung khu vực mỏ pyrit Giáp Lai Chương Cơ sở lý thuyết hệ phương pháp nghiên cứu Chương Đặc điểm oxy hóa quặng pyrit vấn đề ô nhiễm kim loại nặng Chương Hiện trạng mơi trường q trình oxy hóa pyrit khu vực mỏ pyrit Giáp Lai Chương Thí nghiệm khả tạo axit tách chiết kim loại nặng từ vật liệu bãi thải mỏ pyrit Giáp Lai Kết luận Tài liệu tham khảo CHƢƠNG KHÁI QUÁT CHUNG VỀ KHU VỰC MỎ PYRIT GIÁP LAI 1.1 Đặc điểm địa lý tự nhiên, kinh tế - xã hội 1.1.1 Đặc điểm địa lý tự nhiên Mỏ pyrit Giáp Lai thuộc xã Giáp Lai, huyện Thanh Sơn, tỉnh Phú Thọ (Hình 1) Khu vực nằm thung lũng với độ cao khoảng 70m chạy dọc theo dãy núi thấp theo hướng tây bắc - đông nam (độ cao 200 - 400m) Khu vực khai thác mỏ nằm đường phân thủy, từ có hai suối nhỏ Suối Đồng Đạo đổ vào sơng Bứa (cách khoảng 6,5km phía tây bắc) hệ thống suối nhỏ đổ vào sông Đà (cách khoảng km phía đơng nam) Suối Đồng Đạo có lưu lượng khoảng 10 - 100l/s, suối chảy phía Thanh Thủy có lưu lượng dao động khoảng đến 350l/s Sơng Bứa có lưu lượng khoảng - 50m3/s, sơng Đà sông lớn với lưu lượng hàng trăm m3/s Giống tỉnh miền núi phía Bắc, khí hậu thuộc kiểu nhiệt đới gió mùa với lượng mưa trung bình năm khoảng 1600mm độ ẩm 80 - 90% Mùa mưa kéo dài từ tháng đến tháng hàng năm với lượng mưa trung bình tháng lên tới 200mm, mùa khô từ tháng 10 đến tháng năm sau với lượng mưa tháng từ 30 đến 80mm Nhiệt độ trung bình năm khoảng 230C 1.1.2 Đặc điểm kinh tế - xã hội Dân cư vùng gồm người Kinh, người Mường, người Dao số người Tày Trong năm qua với vùng khác đất nước, nghiệp giáo dục chăm sóc sức khỏe nhân dân vùng khơng ngừng phát triển Vùng có nhiều bệnh viện, phịng khám đa khoa, xã có trạm y tế kết hợp thuốc tây thuốc dân tộc chữa bệnh cho nhân dân địa phương Nhìn chung đời sống nhân dân khu vực nghiên cứu cải thiện nâng cao nhiều Ở xã có chợ họp theo phiên, hoạt đơng kinh tế, mua bán trao đổi hàng hóa xã phát triển phục vụ nhu cầu tiêu dùng, thỏa mãn đời sống nhân nhân vùng Biểu đồ tỷ lệ m ẫu nước ngầm có số pH thấp m ức cho phép khu vực Giáp Lai 100 80% Tỷ lệ (%) 80 67% 60 40 20 7% QCVN09/2008 QCVN02/2009 QCVN01/2009 Quy chuẩn Hình 18 Biểu đồ tỷ lệ mẫu nước ngầm có số pH thấp tiêu chuẩn cho phép Về mức độ hàm lượng kim loại nước ngầm, so sánh với QCVN 09:2008 (Quy chuẩn Quốc gia nước ngầm) có tới 40% số mẫu có hàm lượng Mn vượt tiêu chuẩn cho phép, cá biệt mẫu GLG4 có hàm lượng Mn cao gấp gần 40 lần tiêu chuẩn cho phép nước ngầm Nếu so sánh với QCVN 01:2009 (Quy chuẩn nước ăn uống) có tới 40% số mẫu có hàm lượng Fe Mn khơng đạt tiêu chuẩn cho phép, 20% số mẫu có hàm lượng Ni vượt tiêu chuẩn cho phép (Hình 19) Tỷ lệ (%) Biểu đồ tỷ lệ mẫu nước ngầm có hàm lượng kim loại vượt tiêu chuẩn cho phép khu vực mỏ pyrit Giáp Lai 50 45 40 35 30 25 20 15 10 40% 40% 40% 20% QCVN 09:2008 QCVN01:2009 0% Mn Fe Ni Nguyên tố kim loại Hình 19 Biểu đồ tỷ lệ mẫu nước ngầm có hàm lượng kim loại vượt tiêu chuẩn cho phép khu mỏ pyrit Giáp Lai 50 Bảng 11 Kết phân tích hàm lượng kim loại nặng nước giếng khu vực pyrit Giáp Lai (mg/l) STT Mẫu Mn Fe Ni Cu Zn As Se Cd Hg Pb GLG1 0.01206 0.37185 0.00801 0.00137 0.01559 0.00067 0.0007 0.00006 0.00166 0.00123 GLG2 0.14935 0.35956 0.00566 0.00305 0.03356 0.00116 0.00123 0.00008 0.00096 0.00101 GLG3 10.48433 0.64166 0.06462 0.01485 0.21593 0.00139 0.00094 0.00211 0.00077 0.00432 GLG4 19.79043 1.45425 0.51491 0.03479 0.34558 0.00072 0.00435 0.00475 0.00055 0.00184 GLG5 0.09113 0.14139 0.00393 0.0018 0.02422 0.00002 0.00015 0.00007 0.0009 0.00043 GLG6 0.64441 0.09902 0.01203 0.00163 0.02026 0.00058 0.00019 0.00026 0.00085 0.00089 GLG7 0.03886 0.13909 0.00292 0.15447 0.0268 0.00047 0.00172 0.0001 0.00067 0.00513 GLG8 0.21477 0.10576 0.0062 0.00135 0.17835 0.00007 0.00047 0.00015 0.00077 0.00042 GLG9 0.02499 0.21812 0.00128 0.00209 0.02172 0.00003 0.00121 0.00006 0.00044 0.00051 10 GLG10 0.08977 0.0741 0.01275 0.0039 0.075 0.00251 0.00009 0.00059 0.00047 11 GLG11 0.01438 0.05404 0.00096 0.001 0.02278 0.0005 0.00027 0.00005 0.00043 0.00033 12 GLG12 0.00448 0.12384 0.00288 0.0014 0.01414 0.00016 0.00007 0.00004 0.0004 0.00051 13 GLG13 2.59416 0.09036 0.01733 0.00409 0.74561 0.00026 0.00059 0.00088 0.0005 0.00099 14 GLG14 0.95754 0.52089 0.00936 0.00291 0.03578 0.00686 0.00269 0.0004 0.00032 0.00028 15 GLG15 3.68575 0.39832 0.03213 0.00638 0.10017 0.00182 0.00594 0.00063 0.0003 0.00731 0.5 0.05 0.01 0.005 0.001 0.01 0.01 0.003 0.001 0.01 QCVN 9:2008 QCVN02:2009 QCVN01:2009 0.5 0.3 0.3 0.05 0.02 51 0.01 Tuy nhiên số lượng mẫu hạn chế nên chưa thể có kết luận chắn tình hình nhiễm kim loại nặng môi trường nước ngầm 4.3 Môi trƣờng đất Như trình bày trên, khu vực gần bãi thải quặng khu tập kết quặng, độ pH đất thường thấp, có nơi đất có tính axit rõ Kết phân tích hàm lượng As số kim loại nặng đất khu vực Giáp Lai (bảng 12) cho thấy, đất có biểu nhiễm As, Cu, Pb Zn số nơi mùa, đặc biệt khu vực moong khai thác bãi thải quặng cũ (Hình 20, 21, 22) Hình 20 Biểu đồ hàm lượng As đất khu vực Giáp Lai so với QCVN03:2008 Đối với nguyên tố Ni, QCVN 03:2008 khơng có tiêu chuẩn quy định nguyên tố Nhưng so sánh với tiêu chuẩn tham khảo Canada (CEQG, 1999) (Ni = 50mg/kg) có tới 20% số mẫu có hàm lượng Ni vượt tiêu chuẩn Mặc dù số lượng mẫu đất lấy phân tích cịn hạn chế, thấy rõ biểu nhiễm As số kim loại nặng môi trường đất khu vực 52 Bảng 12 Kết phân tích hàm lượng kim loại nặng đât khu vực pyrit Giáp Lai (mg/kg) STT Mẫu GLD1-1 GLD1-2 GLD1-3 GLD1-4 GLD1-5 GLD1-6 GLD1-7 GLD1-8 GLD1-9 10 GLD1-10 11 GLD2-1 12 GLD2-2 13 GLD2-3 14 GLD2-4 15 GLD2-5 16 GLD2-6 17 GLD2-7 18 GLD2-8 19 GLD2-9 20 GLD2-10 QCVN 03:2008 Mn 3046.17 247.32 47.82 41.23 43.15 45.64 42.17 51.43 49.89 47.76 3309.29 344.11 47.82 329.76 42.38 46.47 43.05 52.34 51.43 49.36 Fe 141226.1 130236.4 157147.6 139672.3 147357.2 134341.7 128530.8 78432.56 68456.32 65024.72 123610.9 141126.5 157147.6 40936.3 146461.4 154326.1 149425.7 78432.6 65024.7 68463.2 Ni 59.68 54.61 47.4 37.45 43.02 42.13 39.07 37.61 34.61 35.47 94.67 59.71 47.4 48.47 32.54 45.13 42.01 36.24 34.61 35.47 Cu 62.23 59.72 45.03 40.09 41.42 39.46 37.52 36.58 36.58 36.35 86.16 62.24 45.03 65.65 43.27 41.3 40.58 37.52 36.58 36.35 50 Zn 327.56 321.41 69.72 60.21 63.46 58.74 58.61 57.43 57.43 56.89 420.61 327.68 69.72 68.06 59.67 62.43 64.52 58.61 57.43 56.89 200 As 370.59 362.48 58.61 50.36 38.73 16.16 7.44 6.63 6.63 6.34 104.57 370.63 58.61 6.34 37.35 25.42 11.03 7.44 6.63 6.34 12 Cd 0.51 0.48 0.28 0.3 0.21 0.2 0.2 0.21 0.21 0.2 0.75 0.5 0.28 0.23 0.21 0.25 0.24 0.2 0.21 0.2 Hg 0.33 0.3 0.38 0.28 0.3 0.3 0.31 0.37 0.37 0.36 0.37 0.33 0.38 0.34 0.32 0.34 0.33 0.36 0.37 0.36 Ghi chú: Từ đến 10 mẫu đất lấy vào mùa khô; từ 11 đến 20 mẫu đất lấy vào mùa mưa 53 Pb 33.24 28.76 4.51 4.2 4.35 4.2 3.94 4.02 4.02 4.1 146.92 33.22 4.51 142.64 4.41 4.05 4.36 3.94 4.02 4.1 70 Hình 21 Biểu đồ tỷ lệ hàm lượng số kim loại nặng đất khu vực Giáp Lai so với QCVN03:2008 (mùa mưa) Hình 22 Biểu đồ tỷ lệ hàm lượng số kim loại nặng đất khu vực Giáp Lai so với QCVN03:2008 (mùa khơ) 54 CHƢƠNG THÍ NGHIỆM KHẢ NĂNG TẠO AXIT VÀ TÁCH CHIẾT KIM LOẠI NẶNG TỪ CÁC VẬT LIỆU BÃI THẢI CỦA MỎ PYRIT GIÁP LAI Các thí nghiệm thực vật liệu lấy từ bãi thải số mỏ pyrit Giáp Lai Vật liệu sau lấy đem rửa hết lớp bùn đất sau phơi khơ tự nhiên Thí nghiệm thực theo hai loạt: Thí nghiệm xác định khả tạo axit Thí nghiệm khả chiết tách kim loại nặng axit 5.1 Thí nghiệm xác đinh khả tạo axit a Mơ tả thí nghiệm Trong loạt thí nghiệm học viên sử dụng kg vật liệu bãi thải phơi khô tự nhiên cho vào bình nhựa PE dung tích 5l Quy trình thí nghiệm dựa theo thí nghiệm Sobek, at [12] Gồm bước ngập nước bước ẩm luân phiên nhau: Bước 1: Đổ 1,5l nước cất vào bình chứa vật liệu bãi thải (bước ngập nước) Bước 2: sau 24h tháo nước ra, để vật liệu trạng thái ẩm ngày (192h) (bước ẩm), nước tháo đo pH, Eh, Ec phân tích kim loại nặng Sau 192 h, tiến hành lại bước 2, bước thí nghiệm tiến hành lặp lặp lại với bước b Kết Kết thí nghiệm trình bày bảng 13 Kết cho thấy, giai đoạn đầu thí nghiệm, sau 24 ngập nước pH đạt 1.77, sau 192 pH có giá trị 1,72 Điều chứng tỏ vật liệu từ bãi thải có lượng đáng kể pyrit bị phong hóa Ở thời gian độ pH trì mức thấp, nhiên so với thời gian đầu thí nghiệm pH có tăng lên chút (bảng 13, hình 23) Có thể nói q trình oxy hóa pyrit sinh dòng axit tiếp diễn mạnh mẽ Hàm lượng Cu, Ni Co tăng thời gian đầu mức cao lại giảm mạnh giai đoạn cuối thí nghiệm (bảng 14 Hình 24, 25 26) Điều 55 suy đốn rằng, thời gian đầu thí nghiệm lượng đáng kể kim loại hòa tan từ trước tồn vật liệu bãi thải đưa ra, hàm lượng kim loại nặng giai đoạn cuối lượng kim loại nặng hịa tan q trình thí nghiệm Giả thiết củng cố biến thiên Ec phản ánh tổng chất rắn hòa tan, giai đoạn đầu Ec tăng rõ rệt 130,2 mS/cm (sau 24h) 123,9 mS/cm (sau 192h), sau Ec lại giảm dần thời gian thí nghiệm Ec = 67.1mS/cm (sau 576h) Bảng 13 Kết thí nghiệm khả tạo axit vật liệu bãi thải TT Số hiệu TN1-01 TN1-02 TN1-03 TN1-04 TN1-05 TN1-06 TN1-07 pH 1.77 1.72 1.77 1.86 1.82 1.85 1.90 T (0C) Eh (mV) 30.9 30.5 30.8 28.4 29.8 30.7 30.7 260.2 266.7 268.2 254.3 258.4 264.5 263.6 EC (mS/cm) Hàm lượng KLN (mg/l) Fe Cu Ni Co 130.2 185.105 570 123.9 37.105 232 90.3 104 67.1 78 62.5 70 56.6 64 31.1 60 46.2 20.6 4.8 2.8 2.2 1.5 1.1 59 64.4 14 7.4 2.8 0.9 Thời gian (h) 24 192 384 576 960 1152 1344 Kết thí nghiệm cho thấy khả tạo axit vật liệu bãi thải rõ ràng hoàn toàn phù hợp với kết khảo sát thực tế (phần 3.4) 5.2 Thí nghiệm chiết tách kim loại nặng axit a Mơ tả thí nghiệm Trong loạt thí nghiệm này, với mục đích khảo sát khả chiết tách kim loại nặng từ vật liệu bãi thải học viên sử dụng dung dịch axit H 2SO4 với độ pH = 2,05 4,04 Đây dung dịch mô dịng axit sinh q trình oxy hóa pyrit Lượng vật liệu bãi thải sử dụng cho thí nghiệm 2kg cho vào bình PE có khóa nước để tiện lấy dung dịch Mỗi bình đổ 1,5l dung dịch có độ pH nói Dung dịch lấy định kỳ sau 24h, 48, 72, 192, 384, 576, 960h với lượng cần thiết cho phân tích Các dung dịch lấy đo pH, Eh, Ec phân tích thành phần kim loại nặng Kết thí nghiệm trình bày bảng 14, 15 56 Bảng 14 Kết thí nghiệm chiết tách kim loại dung dịch axit H2SO4 pH=2.05 TT Số hiệu TN2-01 TN2-02 TN2-03 TN2-04 TN2-05 TN2-06 TN2-07 pH 2,02 1.70 1.74 1.73 1.68 1.63 1.60 1.54 T (0C) Eh (mV) 31.0 29.9 29.4 31.6 29.5 28.0 28.7 263.3 266.0 262.4 274.3 270.0 265.3 2704 EC (mS/cm) 160.1 142.1 126.0 131.5 137.6 162.5 198.7 Hàm lượng KLN (mg/l) Fe Cu Ni Co 57.105 14.105 966 544 528 426 336 264 232 65.8 49.8 41.4 38.8 27.2 24.2 21.4 261.2 165.4 143.4 130.8 82.2 76.4 66.6 Thời gian (h) 24 48 72 192 384 576 960 Bảng 15 Kết thí nghiệm chiết tách kim loại dung dịch axit H2SO4 pH=4.04 TT Số hiệu TN3-01 TN3-02 TN3-03 TN3-04 TN3-05 TN3-06 TN3-07 pH 4,04 1.81 1.82 1.75 1.70 1.66 1.63 1.56 T (0C) Eh (mV) 31.0 29.6 29.4 31.9 29.5 27.9 28.8 260.1 262.4 260.4 270.7 267.7 262.7 269.2 EC (mS/cm) Hàm lượng KLN (mg/l) Fe Cu Ni Co 133.8 14.105 142.3 137.5 124.0 115.105 131.7 143.0 180.5 396 378 486 393 248 240 308 53.6 39.2 40.2 29.4 28.6 20.8 31.2 189 114.8 138.4 88.2 87.2 43.2 93.8 Thời gian (h) 24 48 72 192 384 576 960 Từ số liệu bảng 15, 16 thấy, theo thời gian pH dung dịch có xu giảm dần q trình thí nghiệm từ 2,05 xuống 1,54 từ 4,04 xuống 1,56 (Hình 23) So sánh độ pH thí nghiệm thấy mức độ oxy hóa pyrit đạt cực đại pH dòng axit sinh từ vật liệu bãi thải mức thấp (Ph