Việc nghiên cứu khả năng giải phóng và cơ chế chuyển hoá của các kim loại nặng từ các bãi thải quặng đã đang trở nên bức xúc và có ý nghĩa quan trọng đối với môi trường ở Việt nam, đóng góp vào việc hiểu biết và bảo vệ môi trường tại các nơi khai thác và chế biến kim loại nói chung. Chính vì vậy, luận văn tập trung vào việc tìm hiểu khả năng giải phóng các kim loại nặng ra khỏi bãi thải bãi thải, quặng đuôi nghèo có chứa pyrit ở điều kiện ngập nước và xung có lộ thiên.
Lấy mẫu kiểm tra pH, nhiệt độ và phân tích nồng độ các KLN đã giải phóng ra theo thời gian tương tác đất (quặng) – nước (mẫu nước mưa tự pha).
2.3.1. Danh mục hoá chất, thiết bị cần thiết cho nghiên cứu
Để phục vụ cho công tác nghiên cứu và phân tích trong phòng thí nghiệm, các thiết bị, dụng cụ và hóa chất sau cần phải đƣợc chuẩn bị
Bảng 1. Danh mục thiết bị cần thiết cho nghiên cứu
TT Tên dụng cụ, thiết bị Mục đích
1 Tủ hốt Phá mẫu
2 Mấy khuấy từ, IKA-RH-KT/C Phục vị cho nghiên cứu khả năng cộng kết 3 Máy sục khí, Việt Nam Đảm bảo độ hoà tan khí oxi trong nước 4 Các dụng cụ thuỷ tinh trong PTN Tiến hành các thí nghiệm
5 Máy cất nước Aquatron A4000D, xuất xứ Cộng hoà Liên bang Đức
Nước cất cho nghiên cứu
6 Tủ sấy Model 1430 D, Đức. Sấy mẫu
7 Máy đo độ đục Xác định hàm lƣợng sunfat
8 Máy đo pH, Mi-151 Martini instruments, Phần Lan
Xác định pH
Bảng 2. Danh mục hoá chất cần thiết cho nghiên cứu TT Tên hoá chất Mục đích
1 HNO3 Phá mẫu, điều chỉnh pH, axit hoá mẫu
2 NaOH Điều chỉnh pH
3 HCl Làm sạch cát
4 KNO3 Pha nước mưa, xác định hàm lượng sunfat 4 Na2SO4 Pha nước mưa, xác định hàm lượng sunfat 5 MgCl2.6H2O Pha nước mưa
6 (NH4)2SO4 Pha nước mưa
7 CaCl2.2H2O Pha nước mưa, xác định hàm lượng sunfat
8 NaHCO3 Pha nước mưa
9 FeSO4 Xác định khả năng hấp phụ của Fe(OH)3
10 Pb(NO3)2 Xác định khả năng hấp phụ của Fe(OH)3
11 Cu(CH3COO)2.H2O Xác định khả năng hấp phụ của Fe(OH)3
12 H3AsO4 Xác định khả năng hấp phụ của Fe(OH)3
13 CdSO4.2H2O Xác định khả năng hấp phụ của Fe(OH)3
14 ZnSO4 Xác định khả năng hấp phụ của Fe(OH)3
15 CH3COOH Pha dung dịch đệm xác định hàm lƣợng sunfat 16 CH3COONa Pha dung dịch đệm xác định hàm lƣợng sunfat 17 Ba(NO3)2 Xác định hàm lƣợng sunfat
Các hóa chất dùng cho nghiên cứu trong phòng thí nghiệm có độ tinh khiết PA hoặc tinh khiết hóa học của Việt Nam, Trung Quốc và Merk. Riêng các hóa chất dùng cho phân tích AAS và ICP-MS đều sử dụng hóa chất chuyên dụng cho phân tích lượng vết và do phòng máy của Khoa Hóa học, Trường ĐHKHTN phân tích.
2.3.2. Nghiên cứu các ảnh hưởng đến khả năng cộng kết – hấp phụ các kim loại nặng lên sắt (III) hydroxit
2.3.2.1. Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ sắt (II) ban đầu
Để nghiên cứu ảnh hưởng nồng độ Fe(II), chuẩn bị các mẫu Fe(II) có nồng độ biến thiên từ 10 ÷ 25 mg/L. Đồng thời thêm một lƣợng giống nhau các ion Cu, Zn và Pb có nồng độ là 10 mg/L ; Cd và As có nồng độ là 1 mg/L, và Mn
có nồng độ 4 mg/L. Tiến hành sục khí để đảm bảo DO không đổi khoảng 8 mg/L trong vòng 30 phút, cho tới khi sắt(II) bị oxi hoá hoàn toàn lên sắt(III). Lọc lấy dung dịch để phân tích định lƣợng các kim loại Cu, Zn, Pb, Cd, As, Mn còn lại.
2.3.2.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của pH
Để nghiên cứu ảnh hưởng của pH, các mẫu thí nghiệm được chuẩn bị như mục 3.1.3.1 nhƣng có nồng độ sắt(II) giống nhau là 20 mg/L. pH của dung dịch mẫu đƣợc điều chỉnh trong khoảng 3,0 ÷ 7,0. Tiến hành sục khí đảm bảo DO không đổi ở khoảng 8 mg/L trong 30 phút. Sau đó lọc lấy dung dịch đem đi phân tích hàm lƣợng các kim loại nặng còn lại.
2.3.3. Nghiên cứu quá trình phong hoá giải phóng KLN trong điều kiện ngập nước có tích lũy
Để nghiên cứu quá trình phong hóa giải phóng KLN từ bãi thải, quặng đuôi nghèo trong điều kiện ngập nước (mô phỏng quá trình giải phóng kim loại khi chất thải rắn và quặng đuôi nghèo pyrit nằm ngập nước trong các ao, hồ), chúng tôi đã thiết kế và tiến hành lắp đặt thiết bị nghiên cứu như hình 1 dưới đây.
Hình 1. Thiết bị cho quá trình phong hoá giải phóng kim loại trong điều kiện ngập nước
Mô hình thiết bị bao gồm : Cột nhồi (1) có đường kính 45 mm, dài 700 mm chứa lớp cát thạch anh (B) kích thước hạt 0,1 ÷ 1,0 mm đã được rửa sạch và trộn với quặng pyrit đã được nghiền đến kích thước nhỏ hơn 1 mm với tỷ lệ quặng trên cát là 1%. Phía trên (A) và dưới cột (C) được nhồi một lớp sỏi nhỏ kích thước 3 – 5 mm, dày 30 mm. Nước có thành phần mô phỏng nước mưa (như trong bảng 3) đƣợc chứa trong bể (4) luôn đƣợc đảm bảo có nồng độ oxi hòa tan không nhỏ hơn 8 mg/L bằng thiết bị sục khí (5). Bơm (6) dùng để cấp nước cho cột theo yêu cầu của thí nghiệm thấm nước hay ngập nước.
Bảng 3. Thành phần nước mưa tự pha [12]
Thành phần Ca2+ Mg2+ K+ Na+ Cl- HCO3-
NO3-
SO42-
NH4+
Nồng độ (mg/L) 5,6 2,7 4,1 4,4 9,2 18,3 4,44 3,29 0,75
Lƣợng phối liệu nạp trong cột là 3,2 kg.
1
2
3
4 5
6
A
B
C
Ghi chú
1. Cột chứa cát trộn quặng pyrit sẳt
2. Vỏ bảo ôn 3. Van lấy mẫu
4. Bể chứa dung dịch nước mô phỏng nước mưa 5. Máy thổi không khí 6. Bơm nước
A. Lớp sỏi chặn trên
B. Lớp quặng pyrit trộn với cát thạch anh
C. Lớp sỏi chặn dưới
Trong điều kiện ngập nước - cột chứa quặng luôn bị ngập ở mức nước cao hơn bề mặt lớp cát trộn quặng và có thể tích dư khoảng 250 mL. Nước sau khi chảy qua, lấy đi phân tích, phần còn lại cho trở lại vào bể chứa nước (4) để tiếp tục quay về cột. Mẫu nước được lấy ra ở van 3 với một thể tích đúng bằng phần dư là 250 mL (tương đương thể tích nước lưu trong cột) ở cùng một thời điểm nhƣ nhau – 2 ngày lấy mẫu một lần.
2.3.4. Nghiên cứu quá trình phong hoá giải phóng KLN trong điều kiện xung nước có tích lũy
Mô phỏng điều kiện xung (thấm) nước tại các bãi thải, quặng đuôi nghèo, mỗi khi có mưa và có sự tác động của O2, hơi nước trong không khí làm cho các quặng này bị phong hoá giải phóng ra các KLN vào môi trường nước và đất.
Mô hình nghiên cứu trong điều kiện xung nước tương tự như phần ngập nước. Nhưng chỉ khác trong quá trình vận hành là pha nước sẽ cho chảy theo từng xung (2 ngày một lần) thấm qua lớp quặng từ trên xuống dưới. Mẫu được lấy theo thời gian nhƣ nhau với cùng một lƣợng là 250 ml sau khi chảy thấm qua lớp quặng, phần còn lại được bổ sung 250 ml nước mưa tự tạo và cho quay vòng nhƣ mục 2.3.3.