1.3.1. Vấn đề bùn thải - bùn đỏ
Vấn đề môi trường lớn nhất trong quá trình sản xuất alumin (của thế giới cũng như các dự án của TKV đang triển khai) là vấn đề bùn thải (bùn đỏ). Có hai loại bùn thải phát sinh trong quá trình sản xuất alumin là bùn thải đi quặng phát sinh trong q trình tuyển quặng bauxite (thường chiếm tỷ lệ tới 50 % trọng lượng quặng nguyên khai đưa vào quy trình tuyển) và bùn thải công nghệ Bayer (bùn đỏ). Loại thứ nhất có thành phần chủ yếu là khoáng vật sét, geothite, hematite và gibbsite dưới dạng bùn lỏng ít gây tác động đến mơi trường. Loại thứ hai – bùn đỏ do chứa hàm lượng Fe2O3 và kiềm dư cao (NaOH, KOH), có độ pH cao ~ 13, dễ gây ra tác động ô nhiễm môi trường.
Công nghệ sản xuất alumin được lựa chọn trong các dự án Tân Rai - Lâm Đồng và Nhân Cơ - Đăk Nông là công nghệ sản xuất alumin bằng phương pháp Bayer (Công nghệ thuỷ luyện bằng kiềm).
1.3.2. Thành phần bùn đỏ
Đặc điểm thành phần của bùn đỏ tại các nhà máy thường khác nhau, chúng phụ thuộc vào nguồn gốc của quặng và công nghệ sản xuất. Khi phân tích thành phần hóa học của bùn đỏ thì tất cả các mẫu bùn đỏ đều chứa các nguyên tố: Si, Al, Fe, Ca, Ti và một số loại khác như: Na, K, Cr, V, Ni, Ba, Cu, Pb và Zn.
Bảng 1.6. Thành phần bùn đỏ của một số nhà máy alumin trên thế giới [22]
Nguyên tố % Mẫu 1(Kaiser) Mẫu 2(Alcoa) Mẫu 3(Alcoa) Mẫu 4(Reynolds)
Al 2 - 4 5 - 10 3 – 8 1,3 B < 0,005 0,005 0,005 0,005 Ba 0,02 0,01 0,01 0,01 Be <0,0001 <0,0001 <0,001 <0,001 Ca 5 - 10 3 - 6 4 – 6 20 – 40 Co 0,01 <0,005 0,01 <0,002 Cu 0,02 <0,005 0,01 0,002 Cr 0,1 0,05 0,1 0,005 Fe 10 - 20 5 - 10 20 - 40 5 – 10 K 0,03 0,2 0,1 0,3 Mg 0,1 0,03 0,1 0,3 Mn 1,0 0,02 0,4 0,2 Na 0,5 1 - 3 2 – 4 1,0 Ni 0,1 <0,005 0,03 0,002 Pb 0,02 0,01 0,02 0,005 Si 0,8 2 - 4 2 – 4 5 – 10 Sr 0,05 0,01 0,03 0,03 Ti 2 - 4 3 - 6 2 - 4 1 – 2 V 0,1 0,1 0,03 0,01 Zr 0,1 0,2 0,1 0,2
Thành phần khoáng vật cũng khác nhau là do nguồn quặng bauxite, tuy nhiên chúng cũng ln có các khống chính: boehmite(AlOOH), kaolinite (Al2Si2O5(OH)4), quartz(SiO2), rutile(TiO2), muscovite (Kl2(AlSi3O10)(F,OH2) và tricalcium aluminate (Ca3Al2O6) [9].
Bùn đỏ của Công nghệ Bayer và dung dịch bám theo bùn đỏ có thành phần chính trình bày trong Bảng 1.7:
Bảng 1.7. Thành phần của bùn đỏ [38]
Quốc gia Nhà máy Thành phần chính (%) Cơng
nghệ
Fe2O3 Al2O3 TiO2 SiO2 Na2O
Australia 40,5 27,7 3,5 19,9 1 - 2 Bayer
USA ALCOA mobile 30,4 16,2 10,11 11,14 2
Arkansas 55,6 12,15 4,5 4,5 1,5 - 5 Bayer Sherwon 50,54 11,13 Dạng vết 2,56 9,00 Bayer India Al.Corp 20,26 19,6 28 6,74 8,09 MALCO 45,17 27 5,12 5,7 3,64 Bayer HINDALCO 35,46 23 17,2 5 4,85 BALCOa 33,8 15,58 22,5 6,84 5,2 Bayer NALCOb 52,39 14,73 3,3 8,44 4 Hỏa luyện Trung Quốc 6,85 7,29 2,45 13,89 2,73 Hungary 38,45 15,2 4,6 10,15 8,12 Jamaica 50,9 14,2 6,87 3,4 3,18 Bayer Suriname 24,81 19 12,15 11,9 9,29 Bayer Đức Baudart 38,75 20 5,5 13 8,16 Hỏa
Các đặc tính hóa lí của bùn đỏ tại các nhà máy cũng khác nhau, khi thêm một lượng lớn kiềm trong quá trình sản xuất alumin, mặc dù đã được rửa lại, nhưng bùn đỏ vẫn cịn lại một lượng kiềm lớn có khả năng ăn mòn cao, pH của bùn đỏ nằm trong khoảng 10 - 13. Bùn đỏ có độ mịn cao, với cỡ hạt trung bình <10µm, nên rất khó lắng đọng. Khoảng 90% các hạt của nó nằm dưới 75µm, diện tích bề mặt trên khối lượng nằm trong khoảng 7,3 – 34,5 m2
/g.
Ngoài các thành phần đã được liệt kê trong bùn đỏ trình bày trong bảng, tính chất gây hại đầu tiên của bùn đỏ chính là độ kiềm rất cao, gây bỏng, mù mắt và các hội chứng liên quan khác: Bùn đỏ của một số nhà máy cịn có chứa phóng xạ. Các phân tích cho thấy trong bùn đỏ có chất phóng xạ uranium 238 cao gấp 3 lần độ phóng xạ trung bình của vỏ Trái Đất (40 bq/kg), và chất thorium 232 cao hơn 4 lần so với độ phóng xạ trung bình của vỏ Trái Đất. Sản xuất alumin không tự tạo ra chất phóng xạ, kim loại nặng, các nguyên tố hiếm hay đất hiếm mà quy trình sản xuất chỉ làm giàu phóng xạ lên sau khi đã tách lấy đi alumin sạch [6].
Bảng 1.8. Thành phần bùn đỏ và dung dịch bám theo bùn đỏ của dự án Lâm Đồng [6] Thành phần bùn đỏ, % Thành phần dung dịch, % Fe2O3 46,41 Na2O 0,46 Al2O3 16,91 Al2O3 0,48 SiO2 6,6 H2O 99,06 TiO2 5,48 Na2O 3,06 CaO 4,48 Khác 17,06
Bảng 1.9. Thành phần bùn đỏ và dung dịch bám theo bùn đỏ của dự án Nhân Cơ [6]
Thành phần bùn đỏ, % Thành phần dung dịch, g/l
Fe2O3 46,32 Na2O tổng <3,5 Al2O3 17,56 Na2O costic <3,0 SiO2 6,7 Al2O3 <3,0 TiO2 7,2
Na2O 3,43 CaO 5,29 Khác 13,5
Báo cáo của Chính phủ cho biết kết quả phân tích bùn đỏ của bauxite Tây Nguyên đã có kết luận tin cậy về thành phần bùn đỏ khơng có chất phóng xạ. Tuy nhiên, trong phần dung dịch bùn đỏ còn lượng kiềm dư nhất định, lượng kiềm này có thể thẩm thấu, gây tác hại cho đất xung quanh và làm ô nhiễm nguồn nước, vì vậy phải xử lý bùn đỏ theo tiêu chuẩn xử lý chất thải nguy hại. Bản báo cáo cũng thừa nhận rằng khai thác và chế biến bauxite không thể tránh khỏi gây ra những tác động môi trường nhất định, tuy nhiên kinh nghiệm thực tế của thế giới cho thấy những tác động môi trường hồn tồn có thể kiểm soát và khống chế tới mức an toàn cần thiết.
Trên thế giới đã có nhiều cơng trình nghiên cứu thành cơng (kể cả quy mơ thí nghiệm bán cơng nghiệp) về sử dụng bùn đỏ, nhưng hiệu quả kinh tế còn thấp nên việc sử dụng chúng còn hạn chế, chủ yếu vẫn thải ra các bãi chứa. Có 2 cách thải bùn đỏ là thải trên đất (đất bằng hoặc các thung lũng có các đê bao) hoặc thải vào nước (thải vào các đầm phá ven biển). Thải bùn đỏ trên đất có 2 phương pháp là thải khô hoặc thải ướt:
- Thải khô là bơm bùn ra bãi thải với hàm lượng chất rắn rất cao, tiết kiệm diện tích nhưng tốn kém và phức tạp hơn, thích hợp với những vùng có
lượng bốc hơi lớn hơn so với lượng mưa.
- Thải ướt là bơm bùn ra bãi thải với hàm lượng chất rắn thấp hơn, đỡ tốn kém, thích hợp với các vùng có các thung lũng dễ tạo thành hồ chứa, thường áp dụng cho những vùng có lượng mưa lớn hơn so với lượng bốc hơi (ví dụ ở Tây Nguyên - Việt Nam có lượng mưa gấp gần 4 lần lượng bốc hơi: lượng mưa 2400mm; lượng bốc hơi 650mm).
Bùn đỏ trước khi thải ra bãi thải phải được rửa ngược dòng 4 - 6 bước nhằm tận thu kiềm và alumin bám theo bùn đỏ (giá kiềm đắt là một trong tiêu hao chính để sản xuất alumin) và đảm bảo yêu cầu môi trường. Hồ bùn đỏ phải có các lớp chống thấm tốt để làm sao kiềm bám theo bùn đỏ không thẩm thấu vào mạch nước ngầm, nước chứa kiềm trong hồ chứa bùn đỏ được thu gom và bơm tuần hoàn về nhà máy alumin sử dụng lại.