CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ BÙN ĐỎ
I.3 Các biện pháp xử lý và tái sử dụng
I.3.2. Biện pháp tái sử dụng
I.3.2.1. Chế tạo vật liệu xây dựng :
a) Sử dụng bùn đỏ trong sản xuất xi măng :
Bùn đỏ có chứa một lượng lớn β-2CaO.SiO2 chính là một chất kết dính rất hay dùng trong sản xuất vật liệu xây dựng. Bùn đỏ được tạo thành từ quá trình Bayer rất dễ sử dụng cho xi măng và sản xuất vật liệu xây dựng hơn bùn đuôi quặng. Cho đến năm 1998, ở Trung quốc, hơn 6 triệu tấn bùn đỏ đã được sử dụng để sản xuất xi măng, hàm lượng bùn đỏ trong xi măng có thể lên đến 50%.[ 16 ]
b) Gốm thủy tinh :
Bùn đỏ chính là nguồn khoáng có giá trị có chứa CaO, Al2O3, SiO2, Fe2O3, và TiO2. Thành phần hóa học của BĐ rất phù hợp cho sản xuất gốm thủy tinh. Trong những năm gần đây, nhiều nghiên cứu sử dụng BĐ trong sản xuất thủy tinh và gốm thủy tinh đã được công bố. Việc tái sử dụng BĐ khiến cho chi phí nguyên vật liệu sản xuất gốm thủy tinh giảm, đồng thời mang lại nhiều lợi ích về môi trường. .
I.3.2.2. Ứng dụng trong công nghệ môi trường :
Bùn đỏ thường có diện tích bề mặt lớn và khả năng trao đổi ion cao.
Nhiều nghiên cứu đã được thực hiện theo hướng ứng dụng BĐ làm vật liệu hấp phụ để làm sạch khí, loại bỏ các kim loại nặng độc hại, các anion vô cơ, cũng như các hợp chất hữu cơ.
a . Vật liệu hút ẩm để làm sạch khí [ 4 ]:
Ống khói và khí thải ra từ quá trình công nghiệp khác nhau có thể chứa các khí độc hại như H2S, SOx và NOx, tác động mạnh mẽ đến môi trường. Tuy nhiên, rất ít nghiên cứu được thực hiện trong làm sạch khí thải bằng cách sử dụng bùn đỏ. Yamada và Harato (1982) và Yamada cùng cộng sự (1982) , báo cáo nghiên cứu để loại bỏ SO2 bằng bùn đỏ như hấp thụ trong phòng thí nghiệm và nhà máy đang hoạt động. Fan cùng cộng sự (2005), đã báo cáo về việc loại lưu huỳnh từ khí than. Họ chuẩn bị một lò phản ứng cố định sử dụng đất sét trộn với bùn đỏ hấp thụ trong phòng thí nghiệm với quy mô hoạt động lớn. Kết quả thực nghiệm cho thấy khả năng hấp phụ tốt.
Cacbon dioxit là khí chủ yếu gây hiệu ứng nhà kính. Ngưng tụ CO2 từ quy trình công nghiệp sẽ giúp giảm lượng khí thải CO2. Jones cùng cộng sự (2006), báo cáo nghiên cứu về lượng khí CO2 có thể cacbonat hóa bằng cách sử dụng nguyên bùn đỏ và bùn đỏ đã trung hòa (BauxsolTM). Dựa trên các thí nghiệm, họ đã tính toán lượng khí cacbon có thể được loại bỏ hàng năm tại nhà máy lọc nhôm tại Úc là 15 triệu tấn. Quá trình cacbonat hóa của bùn đỏ với CO2 có thể mô tả như sau:
NaAl(OH)4 + CO2 → NaAlCO3 + H2O NaOH + CO2 → NaHCO3
Na2CO3 + CO2 → 2 NaHCO3
3Ca(OH)2.2Al(OH)3 + CO2 →CaCO3 + Al2O3.2H2O + 3H2O
Na6(AlSiO4)6.2 NaOH + CO2 → Na6(AlSiO4)6 + 2NaHCO3
b . Ứng dụng trong xử lý nước thải :
Bùn đỏ đã được nghiên cứu rộng rãi để sử dụng làm một vật liệu hấp thụ loại bỏ ion kim loại giá rẻ. Thực sự là vật liệu hấp phụ có khả năng hấp phụ cadimi cao sau khi xử lý nhiệt hoặc xử lý bằng hóa chất. Hầu hết các nhà nghiên cứu đã nghiên cứu bột mịn bùn đỏ như vật liệu hấp phụ trực tiếp cho các ion kim loại. Bột bùn đỏ có khả năng hấp phụ bề mặt cao và thích hợp cho hấp phụ. Tuy nhiên, vật liệu hấp phụ từ bột bùn đỏ rất khó tái sinh và tái chế sau khi ứng dụng. Bùn đỏ được ứng dụng làm đồ gốm và đánh giá tiềm năng của nó để loại bỏ các ion cadimi từ dung dịch nước như là một vật liệu hấp phụ giá rẻ. Bột bùn đỏ đã được tao thành từ quá trình Bayer được cung cấp bởi Công ty nhôm Shandong Trung Quốc. Họ thấy rằng sự hấp phụ ion cadimi với hạt bùn đỏ là tự xảy ra và có thể thực hiện được. Các vật liệu hấp phụ cadimi dạng hạt có thể được tái sinh bằng cách bơm 0,1 mol/L axit HCl qua cột hấp phụ.
Bùn đỏ làm giảm lượng FeCl3 , có thể được sử dụng để loại bỏ asenat trong nước. Thứ nhất, bùn đỏ được xàng, và thêm nước vào bột min bùn đỏ.
Sau đó, các dung dịch FeCl3 được bổ sung vào hỗn hợp , kết quả là dung dịch được làm chín và rửa sạch. Bùn đỏ được xàng một lần nữa, và bột mịn bùn đỏ được sử dụng như chất hấp phụ trong các thí nghiệm. Khả năng hấp phụ bị ảnh hưởng đáng kể bởi độ pH của dung dịch, NO3- ít ảnh hưởng tới sự hấp thụ, trong khi Ca2+ làm tăng sự hấp thụ, và HCO3- làm giảm sự hấp phụ. Bùn đỏ có thể được tái sinh bằng dung dịch NaOH.
c . Hấp thu và thanh lọc khí thải :
Bùn đỏ có thể sử dụng để loại bỏ lưu huỳnh bởi độ kiềm cao, khả năng hấp thụ tốt và quy trình sản xuất đơn giản. Hàm lượng SO2 thải ra ngoài dưới 150 mg/m3 và tỉ lệ hấp thụ là 95%, thực hiện bởi sự hấp thụ vật lý. Phản ứng trung hòa đóng vai trò quan trọng trong quá trình hấp thụ SO2. Chất thải trong quá trình loại bỏ lưu huỳnh có thể tái sử dụng như nguyên liệu tự nhiên trong quá trình sản xuất xi măng.
Trên thực tế, nhu cầu của thị trường về nguyên liệu này là rất nhỏ, tuy nhiên nó lại có lợi cho việc sử dụng bùn đỏ như một nguyên liệu tự nhiên giá rẻ. Và nó cũng rất có ý nghĩa trong việc bảo vệ môi trường.
I.3.2.3. Phục hồi các yếu tố có giá trị từ bùn đỏ
Do tồn tại đồng thời nhôm với một số các yếu tố khác trong bauxite, có nhiều phần tử có giá trị thường còn lại trong dư lượng bauxite như titan, scandium, gali, natri và sắt. Với sự cạn kiệt tài nguyên thiên nhiên, việc khai thác các yếu tố nói trên từ dư lượng bauxite là một dự án nghiên cứu rất hữu ích.
- Thu hồi nhôm và natri từ bùn đỏ : Nhôm và natri có thể thu lại hiệu quả trong bùn đỏ, có khoảng 15-25% Al2O3, 5-12% Na2O còn lại trong bùn đỏ thải ra từ quá trình Bayer. Liu và cộng sự (1997) [10] đã thu hồi nhôm và natri bằng cách: hỗn hợp bùn đỏ sẽ được ngâm trong nước vôi, sau đó hỗn hợp sẽ được xử lý trong quá trình thủy nhiệt. 70% Al2O3 và 90% Na2O trong bùn đỏ đã được tập trung và phục hồi nhờ dung dịch sodo, natri aluminat được bơm trở lại quá trình bayer, chất thải rắn có thể sử dụng để sản xuất xi măng. Tuy nhiên việc thêm bùn đỏ với hàm lượng oxit sắt lớn có thể phản ứng lại với Al2O3,
SiO2, hoặc CaO trong quá trình nung nóng có thể tạo ra chất không tan, không có lợi cho việc thu hồi nhôm và natri.
- Thu hồi sắt từ bùn đỏ: Trong bùn đỏ có chứa một lượng khá lớn Fe2O3
, khoảng 25-50% theo khối lượng, do vậy việc thu hồi sắt là khả thi bằng cách
thu hồi quặng sắt từ công nghệ xử lý quặng và thu hồi sắt từ quá trình khử oxit sắt khi nung[5]:
+ Thu hồi quặng sắt với công nghệ xử lý quặng: Sự tách quặng sắt từ chất thải rắn có thể thực hiện được bằng cách sử dụng quá trình vật lý. Trước hết quặng sắt được tách từ bùn đỏ bằng cách rửa trôi 2 lần, hàm lượng sắt trong cát vào khoảng 30-40% ( % sắt dao động tùy thuộc vào loại quặng). Quặng được tập trung từ đất cát. So sánh với sự tuyển nổi, sự tuyển quặng do lực hút, sự tuyển quặng do nung nóng thì lớp quặng tập trung khoảng 56%, tỉ lệ khôi phục khoảng 90%. Nói chung, quá trình trên đơn giản và dễ điều chỉnh. Bùn đỏ được chia làm 3 phần : phần quặng, cát và bùn. Qua máy phân ly vòng tròn, máy phân ly từ trường, buồng làm mát xoáy ốc và bàn rung. Tổng hàm lượng thu được là 56%. Cát được sử dụng như một nguyên liệu tự nhiên trong sản xuất gạch bê tông. Ðánh giá về mặt kinh tế là có lợi nhuận.
+ Thu hồi sắt từ quá trình giảm nung: một loạt các nghiên cứu cho thấy rằng sự tách xúc tác hiệu quả cho quá trình giảm nung để phục hồi sắt từ bùn đỏ. Ảnh hưởng của một vài thông số theo tỉ lệ phục hồi, chất lượng tập trung sắt được phân tích. Ðiều kiện tốt nhất được thực hiện như sau: tỉ lệ ( bùn đỏ : than đá: chất xúc tác) là A= 83,6:13,8:2,5. Nung ở nhiệt độ 11500C và 110 phút.
- Thu hồi các nguyên tố đất hiếm từ bùn đỏ[4]: Một số kim loại hiếm như scandium, gallium và yttrium có trong bùn đỏ, theo các nghiên cứu thì Fe2O3, Al2O3 và Sc2O3 trong bùn đỏ tan trong dung dịch HCl loãng, nhưng TiO2
tan trong dung dịch H2SO4. Vì thế quá trình chiết axit 2 được dề xuất. Quá trình lọc đầu tiên đã được hoàn thành bằng cách sử dụng HCl 6M với tỉ lệ chiết S2O3
trên 80% và tỉ lệ chiết TiO2 khoảng 1%. Sau khi chất dư tan từ quá trình chiết, HCl được xử lý bởi quá trình chiết H2SO4. Trong quá trình này tỉ lệ chiết TiO2
lên đến 96,57%. Scandium có thể chuyển thành tướng hữu cơ từ dung dịch HCl. Sau khi rửa sạch 2 lần với HCl 6M và nước, hơn 90% Sc từ dung dịch HCl chuyển thành tướng hữu cơ. Sau quá trình chiết ngược bởi dung dịch
NaOH, hàm lượng của Sc2O3 trong sản phẩm vào khoảng 66%. Ðộ tinh khiết của Sc2O3 trong sản phẩm có thể lên tới 96%, nếu một số tạp chất trong dung dịch HCl (VD: Fe3+, Al3+, và Zn2+) được chuyển rời đi. Fe3+ và Al3+ có thể được tách bằng việc điều chỉnh pH bằng amoniac. TiO2 có thể được phục hồi từ dung dịch H2SO4 bằng việc kết tinh, hydro hóa, rửa trôi và canxi hóa.