CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN
1.4. TỔNG QUAN VỀ BÙN ĐỎ
1.4.1. Khái quát về bùn đỏ
Bùn đỏ là tên gọi một sản phẩm chất thải của công nghệ Bayer, phương pháp chủ yếu được áp dụng trong quá trình tinh luyện bauxite để sản xuất nhôm. Nó bao gồm một hỗn hợp các tạp chất rắn và kim loại và là một trong những vấn đề về chất thải quan trọng nhất của ngành luyện nhôm. Màu đỏ là do hiện nay sắt bị oxy hoá, có thể chiếm đến 60% khối lượng của bùn đỏ. [34]
1.4.2. Công nghệ Bayer
Hiện nay, 90% alumina được sản xuất theo phương pháp Bayer. Phương pháp này do nhà hóa học Karl Bayer người Áo phát minh vào năm 1887. Nguyên liệu chính để sản xuất alumina là quặng bauxite nhôm.
Nhôm oxit trong quặng bauxite phần lớn ở dạng ngậm nước (hydroxit) khi hòa tách sẽ tác dụng với NaOH tạo thành natri aluminat NaAlO2 theo phản ứng sau:
Al2O3 + 3H2O + 2NaOH 2NaAl(OH)4 (NaAlO2 + 2H2O)
Oxit sắt Fe2O3 không tác dụng với NaOH nên nằm lại trong bã. Silic dioxit (SiO2) tác dụng với NaOH tạo ra muối Natri silicat, hòa tan trong dung dịch theo phản ứng:
25
SiO2 + 2NaOH Na2SiO3 + H2O
Natri silicat lại tác dụng với natri alunminat tạo thành natri alumosilicat: NaAl(OH)4 + Na2SiO3 + NaOH Nax[(AlO2)x(SiO2)y].zH2O
Hợp chất natri alumosilicat ngậm nước không tan trong NaOH, ở dạng rắn lẫn vào cặn đỏ.
Sau khi lắng lọc dung dịch NaAlO2 được đem khuấy phân loại, dung dịch này phân hóa tạo ra hydroxit nhôm theo phản ứng sau:
NaAlO2 + H2O Al(OH)3 + NaOH
Nung Al(OH)3 ở nhiệt độ cao làm Al(OH)3 mất nước để thu được alumina tinh khiết theo phản ứng sau:
2Al(OH)3 Al2O3 + 3H2O
1.4.3. Thành phần và tác hại của bùn đỏ
Thành phần của bùn đỏ bao gồm một hỗn hợp các hợp chất như oxit nhôm, oxit sắt, oxit silic, ... và một lượng xút dư thừa do quá trình hòa tan và tách quặng bauxite làm cho độ pH của bùn đỏ rất lớn. [38] Theo tài liệu của Tiến Sĩ Nguyễn Trung Minh, sau đây là một số thành phần hóa học của bùn đỏ ở Bảo Lộc, Lâm Đồng.
26 Bảng 1.7. Thành phần hóa học của bùn đỏ [8] Thành phần hóa học Hàm lượng (% khối lượng) Thành phần hóa học Hàm lượng (% khối lượng) Al2O3 27.670 P2O5 0.163 Fe2O3 36.280 Cr2O3 0.120 SiO2 8.486 CuO 0.015 CaO 0.066 ZnO 0.010 TiO2 5.389 ZrO2 0.064 MnO 0.045 SO3 0.221 K2O 0.024 MKN 20.330
Bùn đỏ không dễ dàng xử lý, nó được thải vào các ao bùn đỏ. Tuy nhiên, khả năng gây ô nhiễm nguồn nước ngầm bằng cách thấm vào đất và gây ô nhiễm bề mặt do nước mưa, nước chảy tràn mang theo các chất hóa học hòa tan từ các ao bùn này vào sông, hồ thường rất cao khi lưu trữ bùn với khối lượng lớn trong thời gian dài [16], [26].
Quá trình điều chế alumina thì quặng bauxite được nghiền nhỏ. Do đó, bùn thải khi khô là các hạt bụi mịn sẽ dễ dàng phát tán vào không khí gây ô nhiễm, tiếp xúc thường xuyên với bụi này gây ra các bệnh về da và mắt. Nước thải từ bùn tiếp xúc với da gây tác hại như ăn da, gây mất độ nhờn làm da khô ráp, sần sùi, chai cứng, nứt nẻ, đau rát, có thể sưng tấy, loét mủ ở vết rách, vết xước trên da. Đặc biệt khả năng gây ô nhiễm nguồn nước ngầm là rất cao. Lượng bùn này phát tán mùi hôi, hơi hóa chất làm ô nhiễm, ăn mòn các loại vật liệu. [8]
27
1.4.4. Thực trạng thải bùn đỏ trên thế giới và Việt Nam
Trên thế giới
Trong hai thập niên 1960 và 1970, sản lượng bauxite khai thác hằng năm tại Hungary đạt mức 2 – 3 triệu tấn, có lúc đứng thứ 7 trên thế giới vào khoảng thời gian đó. Trên cơ sở ấy, Hungary có những kinh nghiệm và công nghệ khá phát triển trong việc sản xuất alumina từ quặng bauxite, nhưng cái giá phải đổi là lượng bùn đỏ khổng lồ (hơn 40 triệu m3) phát sinh trong mấy thập niên hiện nay vẫn được lưu giữ tại Hungary như một “trái bom sinh thái tiềm ẩn”. [29]
Ở Việt Nam
Việt Nam có trữ lượng quặng bauxite nhôm rất dồi dào khoảng 5.8 tỷ tấn, đứng top 10 thế giới. Phía Bắc tập trung ở các tỉnh Hà giang, Cao Bằng, Lạng Sơn, Bắc Giang, Sơn La và Nghệ An. Phía Nam tập trung ở các tỉnh Kon Tum, Đắc Nông, Lâm Đồng, Đồng Nai, Bình Dương, Phú yên. [29]
Tại Tây Nguyên, bùn đỏ sau khi thải ra được tồn trữ trong hồ chứa trong thời gian dài. Nếu thành bị vỡ hoặc lúc mưa bão, hồ chứa có thể bị tràn và nước bùn đỏ sẽ chảy ra khắp nơi, giết chết cây cỏ và tôm cá trong các dòng nước. [8]
1.4.5. Một số nghiên cứu ứng dụng bùn đỏ trong xử lý nước
Song song với việc tìm cách xử lý bùn đỏ, một số nhà khoa học cũng đang cố gắng nghiên cứu nhằm tìm ra một số ứng dụng của bùn đỏ với mục đích vừa giảm thiểu lượng bùn đỏ, lại vừa tận dụng được nguồn nguyên liệu này để sản xuất một số chế phẩm và những nguyên liệu có lợi.
- Ứng dụng bùn đỏ để loại bỏ các hợp chất Phenol trong nước thải [22]
Phenol và các dẫn xuất của phenol được xem là các chất ô nhiễm hàng đầu. Nước thải công nghiệp có chứa các hợp chất phenol từ những khu công nghiệp khác nhau xả vào nguồn nước tự nhiên sẽ gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe con người và chất lượng nước tự nhiên.
- Nghiên cứu sử dụng bùn đỏ để loại bỏ thuốc nhuộm từ nước [28], [29]
Màu thuốc nhuộm trong nước thải công nghiệp được xem là có độc tính cao. Bùn đỏ được sử dụng để loại bỏ những thuốc nhuộm khác nhau từ nước và nước thải. Gupta và cộng sự đã tận dụng bùn đỏ trong việc loại bỏ các thuốc nhuộm
28
Rhodamine B, Fast Green và Methylen xanh khỏi nước thải. Phần trăm loại bỏ Rhodamine B, Fast Green và Methylen xanh khi sử dụng hấp phụ này lần lượt là 92.5%, 94.0% và 75.0% ở các điều kiện pH tối ưu là 1.0, 7.0 và 8.0.
- Dùng bùn đỏ xử lý ô nhiễm kim loại trong nước thải [8]
Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã nghiên cứu thành công việc tận dụng thành phần có ích của bùn đỏ để tạo ra vật liệu mới có khả năng xử lý ô nhiễm kim loại nặng trong nước thải.
Nguyễn Trung Minh và cộng sự cho biết, kết quả nghiên cứu ban đầu cho thấy sự hấp phụ của vật liệu chế tạo từ bùn đỏ Bảo Lộc (Lâm Đồng) với các ion kim loại nặng và các thông số hóa lý, hấp phụ đẳng nhiệt khác đã chỉ ra khả năng sử dụng bùn đỏ để xử lý ô nhiễm nước thải.
- Nghiên cứu xử lý thuốc nhuộm xanh metylen bằng bùn đỏ [3]
Hoàng Thị Thu Thảo và cộng sự đã nghiên cứu cách xử lý màu của thuốc nhuộm xanh metylen sử dụng bùn đỏ như một chất hấp phụ hiệu quả. Trong quá trình hấp phụ, 0.1g bùn đỏ đã được hoạt hóa bằng axit HNO3 0.4M được sử dụng để hấp phụ 50ml xanh metylen 15ppm trong thời gian 40 phút và đạt hiệu suất thu hồi là 99.48%.
Nghiên cứu này hứa hẹn đưa ra một phương án xử lý nước thải dệt nhuộm tiết kiệm được hóa chất, tận dụng nguồn năng lượng mặt trời, giá thành rẻ phù hợp với điều kiện Việt Nam.
29