Bùn đỏ được đặc trưng bởi còn dư một lượng lớn sodium aluminate, sodium carbonate và một số anion khác. Nếu không xử lý thì nó sẽ là một nguy hại lớn cho môi trường. Do đó, việc nghiên cứu để loại bỏ những tạp chất độc hại khỏi bùn đỏ được quan tâm. Và một số nhóm đã đề nghị dùng nước biển để trung hòa bùn đỏ.
Khi đó, các dạng kiềm trong bùn đỏ được trung hòa bằng các ion Mg2+ và Ca2+ trong
nước biển, nhờ đó mà bùn đỏ không những giảm pH phù hợp để thải ra mà một số anion kim loại trong bùn đỏ cũng được loại bỏ. Khi trung hòa bùn đỏ bằng axit mạnh, một số tác giảđã nhận thấy rằng việc giảm pH xảy ra nhanh chóng, cục bộ và dẫn đến một số chất rắn kiềm chưa kịp trung hòa, nên làm pH tăng nhẹ sau đó [14].
Nước biển trung bình chứa 965 mg nước và 35 mg của muối (nghĩa là 3,5%
độ mặn ). Nồng độ của các ion muối khác nhau trong nước biển là 55% Clo (Cl- ), 30,6% natri (Na+), 7,7% sulfat (SO4
2-), 3,65% magiê (Mg2+), 1,17% canxi (Ca2+), 1,13% kali (K+) Và 0,7% những chất khác.
Bảng 1.3. Các chất hòa tan chính trong nước biển (3.5% độ mặn) [18]
Hòa tan Nồng độ (‰) % trong tổng muối
Clorua 19,3 55
Natri 10.8 30,6
Sunfat 27 7,70
Magie 1.30 3,70
Canxi 0.41 1,20
Kali 0.40 1,10
Bicarbonat 0.10 0,40
Bromua 0.07 0,20
Carbonat 0.01 0,05
Stronti 0.01 0,04
Borat 0.01 0.01
Florua 0.001 <0,01
Các chất hòa tan khác <0.001 <0,01
1.4.2. Cơ chế phản ứng [14]
Việc cho nước biển vào bùn đỏ chưa trung hòa đã dẫn đến việc hình thành một số hạt khoáng có lợi. Sự trao đổi các cation đa hóa trị (Ca và Mg) hình thành những cầu tĩnh điện mà sau đó đóng vai trò như là những tâm kết tủa của magnesium hydroxide và calcium hydroxide. Sự hình thành của các hydroxide này giảm nồng độ
ion hydroxide trong dung dịch, do đó giảm pH của dung dịch. Khi điều kiện đẳng điện của bề mặt thay đổi, sự keo tụ chặt hơn, pH giảm, các nguyên tố có tính lưỡng tính tồn tại ở pH cao ban đầu sẽ mất ổn định và kết tủa cùng với Ca, Mg, và tạo ra một hợp chất giống hydrotalcite. Sự trung hòa nước biển không lấy đi ion hydroxide trong hệ thống nhưng chuyển chúng từ dạng tan trong môi trường kiềm của bùn đỏ thành dạng ít tan trong các chất rắn kiềm yếu. Độ kiềm carbonate và bicarbonate của chất thải được loại bỏ qua kết tủa calcite và aragonite. McConchie [14] đã mô tả quá trình trung hòa như là sự kết tủa ion hydroxide một cách vượt trội như brucite, cũng như boehmite, gibbsite, hydrocalumite, hydrotalcite và p-alumino hydrocalcite. Hầu hết boehmite, gibbsite, hydrocalumite, hydrotalcite và p-alumino hydrocalcite đều được phát hiện trong bùn đỏ trung hòa [13].
Thành phần nguyên tố chính trong bùn đỏ trung hòa được xác định bằng ICPMS là Fe > Na > Al > Ca > Si > Mg. Sự khác nhau trong các nghiên cứu về thành phần bùn đỏ trung hòa là do sự khác nhau về tính chất vật lý, hóa học và khoáng của bùn đỏ.Thành phần chính xác của bùn đỏ trung hòa bằng nước biển thì phụ thuộc vào điều kiện kết tủa, thông thường bao gồm: hydrotalcite, calcite và aragonite.
Smith [12] đã nhận thấy thành phần hydrotalcite phụ thuộc vào pH, khi hydrotalcite (Mg4Al2(CO3)(OH)12.xH2O) hình thành ở pH cao (pH > 13) có tỉ lệ Mg/Al là 2:1, (trong khi ở pH = 8) có tỉ lệ Mg/Al là 4:1. Bùn đỏ trung hòa nước biển có thể bao gồm cả hydrotalcite 2:1 và 4:1, khi đó một lượng nhỏ hydrotalcite tỉ lệ 2:1 kết tủa tại thời điểm đầu trước khi hydrotalcite tỉ lệ 4:1 kết tủa trội hơn ở pH thấp. Mức độ giảm của ion carbonate trong dung dịch cho phép kết tủa đồng thời các anion khác như là các anion của kim loại chuyển tiếp, vanadate, molypdate vào mạng của hydrotalcite. Tỉ lệ hấp phụ của các anion khác phụ thuộc vào nồng độ ion carbonate trong dung dịch. Carbonate là anion trội trong lớp xen giữa của cấu trúc hydrotalcite, do đó sự hiện diện của nó làm che các anion khác. Bằng công nghệ này độ pH của bùn đỏ sẽ được giảm đi và có thể pH < 9. Sau một thời gian xử lý ngắn, dung dịch trung hòa đã dùng xong có thể đổ ra biển một cách an toàn hoặc giữ trong một bể bay hơi để thu hồi muối.
CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM