Nghiên cứu đánh giá khả năng giải phóng kim
loại nặng từ xỉ thải pyrit lộ thiên

Trịnh Khắc Hoàn

Trường Đại học Khoa học Tự nhiên
Luận văn Thạc sĩ ngành: Hóa môi trường; Mã số: 60 44 41
Người hướng dẫn: PGS.TS. Trần Hồng Côn
Năm bảo vệ: 2012

Abstract: Nghiên cứu khả năng phong hoá giải phóng kim loại nặng từ sỉ thải pyrit ra
môi trường trong điều kiện xung (thấm nước). Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến
quá trình phong hoá và các quá trình tương tác biến đổi và chuyển hoá của các sản
phẩm sau phong hoá. Trình bày kết quả đạt được: Quá trình kết tủa, cộng kết, hấp phụ
của các nguyên tố kim loại nặng; Nghiên cứu khả năng phong hoá giải phóng các kim
loại nặng trên mô hình bãi thải xỉ pirit lộ thiên.

Keywords: Hóa môi trường; Kim loại nặng; Xỉ thải Pyrit; Giải phóng kim loại; Phong
hóa

Content
Hiện nay, ô nhiễm môi trường đang là một vấn đề nóng bỏng mang tính toàn cầu,
ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe và đời sống của con người. Đặc biệt là ô nhiễm các
kim loại nặng. Có nhiều nguồn phát thải kim loại nặng trong đó hoạt động sản xuất công
nhiêp, sản xuất hóa chất là chủ yếu.
Do năng lực có hạn, công nghệ sản xuất chưa hiện đại, quy trình còn thiếu nghiêm
ngặt, nên nhiều nhà máy sản xuất hóa chất hiện nay ở nước ta hiệu suất sản xuất còn chưa cao,
bặc biệt trong giai đoạn xử lý và đốt quặng, dẫn đến không tận thu. Như vậy, thiệt hại về kinh
tế là đáng kể. Nhưng lo ngại hơn, với lượng chất thải sau sản xuất, theo thời gian nó sẽ ảnh
hưởng xấu đến môi trường xung quanh, ảnh hưởng đến sức khoẻ của con người và động thực
vật. Với những lý do đó, chúng tôi lựa chọn đề tài “Nghiên cứu đánh giá khả năng giải

2
Xỉ pyrit được dùng trong quá trình nghiên cứu của luận văn chúng tôi lấy tại bãi thải
của Công ty Superphotphat và hóa chất Lâm thao – Phú Thọ.
Pyrit bị oxi hoá như sau
2FeS
2
+ 7O
2
+ 2H
2
O → 2Fe
2+
+ 4SO
4
2-
+ 4H
+

4Fe
2+
+ O
2
+ 4H
+
→ 4Fe
3+
+ 2H
2
O
Fe

4
)
2
(OH)
6
, trong đó M
+
là K
+
, Na
+
, NH
4
+
, Ag
+
(Pb
2+
), sau khi
FeS
2
→ Fe(OH)
3

K
+
+ 3Fe(OH)
3
+ 2SO
4


2MS + 2Fe
2
(SO
4
)
3
+ 2H
2
O + 3O
2
→ 2MSO
4
+ 4FeSO
4
+ 2H
2
SO
4

(M là các kim loại hoá trị hai: Cu, Pb, Zn )
Vì vậy, khi pyrit bị oxi hoá, giải phóng H
+
làm tăng độ axit của môi trường
Khảo sát ảnh hưởng nồng độ sắt(II) đến khả năng cố định một số kim loại nặng
Zn, Cu, Pb, As, Cd, Mn

3
0
20

3
+ H
3
AsO
4
→ [FeAsO
4
] + 3H
2
O
+ Cơ chế thứ hai là do Fe(OH)
3
có khả năng hấp phụ ion Fe
3+
tạo thành các hạt keo
dương có công thức: Fe(OH)
3
. nFe
3+
. H
2
O. Do đó các ion AsO
4
3-
, HAsO
4
2-
, H
2
AsO

90
0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5
Thể tích nước rửa qua cột (lít)
Nồng độ kim loại (ppb)
Cr
Co
Ni
As
Cd

0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5
Thể tích nước qua cột (lít)
Nồng độ kim loại (ppm)
Mn
Cu
Pb
Zn
Fe

Từ đồ thị chúng ta thấy ở mẫu đầu nồng độ ion kim loại cao sau đó giảm mạnh và từ
các mẫu 5 trở đi thì thấp và giảm rất ít. Điều này có thể giải thích là do trong mẫu xỉ ban đầu
có một phần dạng tan của các kim loại này như dạng sunfat nên trong những mẫu rửa xỉ đầu

Để nghiên cứu khả năng giải phóng các kim loại nặng từ bãi thải xỉ pyrit trong điều
kiện xung không tích lũy, chúng tôi tiến hành như sau
Cho 120 ml nước có thành phần tương tự nước mưa tự nhiên thấm qua lớp xỉ, lấy 100
ml mẫu đem phân tích As, do pH và axit hóa phần còn lại sau đó phân tích bằng máy ICP-
MS. Sau khi lấy mẫu, mở van và sau 24h lấy mẫu một lần.

0
50
100
150
200
250
300
350
400
2 4 6 6 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30
thời gian
Nồng độ ion kim loại (ppb)
Cr
Co
Ni
As
Pb
Cd6
0
2
4

PH chỉ giảm lúc đầu ( từ 6,2 → ~5,5) sau đó hầu như không thay đổi do sự phong hóa
tương đối ổn định, đồng thời sự pha loãng của mỗi lần xung gần như là như nhau.
Sự biến thiên pH và nồng độ các ion kim loại nặng trong điều kiện xung có tích
lũy.
Điều kiện xung có tích lũy được thiết kế để thí nghiệm nhằm mô phỏng các xung nước
đi từ lớp xỉ này sang lớp xỉ khác tạo ra các quá trình tích lũy các sản phẩm phong hóa dọc
theo dòng chảy của các xung nước trước khi đi ra môi trường xung quanh.

7
Để nghiên cứu khả năng giải phóng các kim loại nặng từ bãi thải xỉ pyrit trong điều kiện xung
không tích lũy, thí nghiệm tiến hành tương tự trên, tuy nhiên điểm khác là cho 150ml nước có
thành phần như nước mưa thấm qua, lấy 50 ml mẫu thu được đem phân tích, phần còn lại
thêm nước vào cho đủ 150 ml để lại và lấy mẫu tiếp theo sau 48h. Mẫu tiếp theo tiến hành
tương tự.
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
2000
2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30
Ngày
Nồng độ kim loại (ppb)
Cr
Co

kim loại tăng mạnh. Ở pH này, khả năng bị hấp thụ của các ion kim loại lên sắt(III)hidroxit
giảm nên nồng độ của chúng trong pha nước cho vào tăng. Mặt khác với pH giảm, khi để
quặng trong hai ngày, sau đó cho pha nước vào ở pH 3,5 thì nồng độ của các ion kim loại đã
có bước tăng vọt, nồng độ cao gấp 2 đến 3 lần so với mẫu trước, thậm chí asen cao gấp 4 lần.
Vì vậy, trong điều kiện này khả năng giải phóng kim loại vào môi trường nước rất lớn.
Ảnh hưởng của ion photphat đến khả năng giải phóng kim loại nặng
Để nghiên cứu ảnh hưởng của ion photphat đến khả năng giải phóng kim loại từ
quặng, photphat được cho vào pha nước với nồng độ tương ứng cho mỗi lần thực hiện thí
nghiệm là 5 ppm, 10 ppm, 15 ppm, 20 ppm, 25 ppm. Thí nghiệm được thực hiện ở nhiệt độ
27±1
0
C và lần lượt điều chỉnh ở các giá trị pH khác nhau 8, 7, 6, 5.
0
20
40
60
80
100
120
140
160
5 10 15 20 25
Nồng độ photphat(ppm)
Nồng độ kim loại (ppb)
Cr
Co
Ni
As
Pb
Cd

150
200
250
300
350
5 10 15 20 25
Nồng độ photphat (ppm)
Nồng độ kim loại
Cr
Co
Ni
Pb
Cd
As

Ảnh hưởng của ion photphat đến khả năng giải phóng kim loại
Cr, Co, Ni, As, Pb, Cd tại pH = 7 10
0
10
20
30
40
50
60
70
80
5 10 15 20 25

Pb
CdẢnh hưởng của ion photphat đến khả năng giải phóng kim loại Cr, Co, Ni, As, Pb, Cd tại pH
=6

11
0
5
10
15
20
25
30
35
5 10 15 20 25
Nồng độ photphat (ppm)
Nồng dộ kim loại (ppm)
Mn
Cu
Zn
FeẢnh hưởng của ion photphat đến khả năng giải phóng kim loại Mn, Cu, Zn, Fe tại pH =6
Tại pH = 6, ta nhận thấy cũng tương tự như tại pH = 7, pH = 8 khi nồng độ photphat
tăng thì nồng độ kim loại giảm ( trừ As) nhưng sự giảm nồng độ kim loại không mạnh bằng ở
giá trị pH lớn hơn.


30
35
40
45
5 10 15 20 25
Nồng độ photphat (ppm)
Nồng độ kim loại (ppm)
Mn
Cu
Zn
Fe

Ảnh hưởng của ion photphat đến khả năng giải phóng kim loại Mn, Cu, Zn, Fe tại pH =5
Theo các kết quả trên ta thấy chỉ có asen là có nồng độ tăng khi tăng nồng độ của ion
photphat. Điều này có thể giải thích như sau: keo sắt tạo thành trong quá trình thí nghiệm là
các hạt keo dương, nó dễ dàng hấp phụ các ion asenat, photphat. Vì vậy sẽ xảy ra sự hấp phụ
cạnh tranh giữa các ion này làm cho lượng asenat bị hấp phụ ít hơn. Khi nồng độ photphat
càng tăng thì lượng asenat hấp phụ càng ít nên lượng asen trong pha nước sẽ tăng theo độ tăng
của photphat cho vào.
Đối với các ion kim loại khác, khi tăng nồng độ của photphat thi hàm lượng của các
ion kim loại này giảm do tạo thành các muối photphat ít tan ở các mức độ khác nhau.
M
2+
+ PO
4
3-
→ M
3
(PO
4

2
và xác định các kim loại khác bằng máy ICP-MS
0
200
400
600
800
1000
1200
6 5 4 3 2
pH
Nồng độ kim loại (ppb)
Cr
Co
Ni
As
Pb
Cd0
200
400
600
800
1000
1200
6 5 4 3 2
pH
Nồng độ kim loại (ppb)

thì giảm mạnh khả năng giải phóng ra môi trường nước khi ở pH cao
4. Khả năng chuyển hoá từ sắt(II) lên sắt (III) và khả năng thuỷ phân của sắt(III) thành
sắt(III)hydroxit đóng vai trò quan trọng, đôi khi mang tính quyết định đối với việc giải
phóng các kim loại nặng và asen vào môi trường nước

References
Tiếng Việt
1. Nguyễn Thị Kim Dung (2011), Nghiên cứu quá trình ô nhiễm asen và mangan trong
nước dưới tác động của môi trường oxi hoá khử tự nhiên và ứng dụng xử lý chúng tại
nguồn, Luận án tiến sĩ Hoá học, Đại học Quốc gia Hà Nội.
2. Nguyễn Thị Thuỳ Dương (2007), Nghiên cứu mối quan hệ giữa môi trường nuôi trồng
tới khả năng tích luỹ một số kim loại nặng của loài Nghêu(Meretrixlyrata) tại xóm I-
II, xã Nam Thịnh, huyện Tiền Hải, tỉnh Thái Bình, Khoá luận tốt nghiệp Đại học, Đại
học dân lập Hải Phòng.
3. Hồ Sĩ Giao, Mai Thế Toàn (2011), Những điểm nóng môi trường trong hoạt động khai
thác mỏ ở Việt Nam, Hội nghị khoa học kỹ thuật mỏ quốc tế 2010
4. Trần Tứ Hiếu,Nguyễn Văn Nội (2008), Cơ sở Hoá học môi trường, Đại học Quốc gia
Hà Nội.
5. Phạm Ngọc Hồ-Đồng Kim Loan-Trịnh Thị Thanh (2010), Giáo trình cơ sở môi
trường nước, Nhà xuất bản giáo dục.
6. Doãn Văn Kiệt, Một số nguyên tố vi lượng thường gặp trong nước và ảnh hưởng của
chúng, Đại học tây Bắc.

15
7. Tuấn Nghĩa (2011), Kiểm soát ô nhiễm môi trường mỏ. báo kinh tế đối ngoại.
8. Hoàng Nhâm(2001), Hoá học vô cơ, tập 2,3, Nhà xuất bản giáo dục.
9. Đỗ Thị Vân Thanh – Trịnh Hân (2011), Khoáng vật học, nhà xuất bản Đại học Quốc
gia Hà Nội.
10. Đặng Trung Thuận (2000), Giáo trình địa hoá học, Đại học quốc gia Hà Nội.
11. Vũ Văn Tùng (2012), Nghiên cứu khả năng giải phóng kim loại nặng từ các bãi thải,