1

MỞ ĐẦU

Theo kết quả thăm dò địa chất, nước ta được xếp vào quốc gia có trữ lượng bauxit
lớn trên thế giới, chủ yếu tập trung tại Tây Nguyên. Đây là tiền đề quan trọng cho xây
dựng nền công nghiệp alumin - nhôm Việt Nam trong tương lai.
Đặc trưng nổi bật của bauxit Tây Nguyên là nhôm oxit tồn tại dạng khoáng vật
gipxit, còn sắt chủ yếu ở dạng gơtit. Theo các nhà khoa học trong và ngoài nước, bauxit
vùng này dễ hòa tách cho phép áp dụng công nghệ Bayer châu Mĩ để sản xuất alumin. Tuy
nhiên, hạn chế lớn là bùn đỏ hình thành sau hòa tách bauxit này rất khó lắng. Đây là đánh
giá đáng quan tâm đối với những người làm công nghệ sản xuất alumin.
Lắng bùn đỏ là công đoạn quan trọng trong sản xuất alumin bằng công nghệ Bayer
với chức năng tách cặn đỏ ra khỏi dung dịch natri aluminat. Có nhiều yếu tố ảnh hưởng
trực tiếp cũng như gián tiếp đến quá trình lắng bùn đỏ, trong đó phải kể đến như: thành
phần vật chất và kích thước hạt của bauxit, chế độ công nghệ hòa tách, chế độ lắng bùn đỏ
và đặc biệt là chất trợ lắng sử dụng.
Với tầm quan trọng, ý nghĩa khoa học và thực tiễn của quá trình lắng trong công
nghệ alumin, đề tài nghiên cứu của luận án được chọn với tên gọi “Nghiên cứu khả năng
lắng bùn đỏ sau hòa tách bauxit Gia Nghĩa, Tây Nguyên”. Nội dung trọng tâm của đề tài
là nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lắng và khả năng cường hóa quá trình
lắng bùn đỏ bauxit Gia Nghĩa bằng các chất trợ lắng là chất hữu cơ tự nhiên và chất hữu cơ
tổng hợp biến tính.
Mục tiêu của luận án:
- Xác định các yếu tố cơ bản ảnh hưởng đến khả năng lắng bùn đỏ.
- Xác định khả năng cường hóa quá trình lắng bùn đỏ bằng các chất trợ lắng hữu cơ
tự nhiên, hữu cơ tổng hợp biến tính ở dạng độc lập hoặc kết hợp, đồng thời làm rõ cơ chế
tương tác của chúng với bùn đỏ.
- Đề xuất phương án sử dụng chất trợ lắng với hàm lượng lựa chọn và chế độ tương ứng.

DR) hay hữu cơ tổng hợp biến tính (HX600) hoặc phương án kết hợp cả hai loại trên không
chỉ có ý nghĩa lớn đối với thực tiễn lắng trong công nghệ sản xuất alumin mà còn giảm được
mức độ gây ô nhiễm môi trường.

Nội dung và bố cục của luận án:
Ngoài phần mở đầu và phần kết luận chung, nội dung của luận án được trình bày
trong 4 chương.
Chương 1. Tổng quan về bùn đỏ và quá trình lắng bùn đỏ
Chương 2. Cơ sở lý thuyết quá trình lắng tách bùn đỏ
Chương 3. Chuẩn bị mẫu và các phương pháp nghiên cứu
Chương 4. Kết quả và thảo luận 3

Chương 1
TỔNG QUAN

1.1. Sự hình thành và những tính chất đặc trưng của bùn đỏ
Kể từ khi được phát minh vào năm 1888 và năm 1894 cho đến nay, công nghệ
Bayer (mang tên nhà phát minh Dr.Karl Josep Bayer) vẫn chiếm vị trí chủ đạo trong công
nghiệp sản xuất alumin - Al
2
O
3
của thế giới. Hiện nay và dự báo trong tương lai, khoảng
90% sản lượng alumin của thế giới vẫn được sản xuất bằng công nghệ này.
Nguồn nguyên liệu chính cho sản xuất alumin là bauxit. Thành phần của bauxit
thay đổi trong phạm vi rất rộng không chỉ giữa các mỏ mà ngay chính trong một địa điểm
khai thác. Theo độ sâu khác nhau, thành phần vật chất của bauxit đã có sự khác biệt rõ rệt.

.3H
2
O
SiO
2
: 0,5

10
kaolinit Al
4
(OH)
8
.SiO
2
.O
10
thạch anh SiO
2

Fe
2
O
3
:

3

30 hematit

- Fe

Al
2
O
3
Fe
2
O
3
SiO
2
TiO
2
MKN
Liên Xô (cũ) 52 25 4,0 2,2 11
Guinea 41-43 23-28 1,9-2,3 1,5-3,0 23-25
Jamaica 49-50 20-24 1-3 2,3 24-28
4

Như vậy, Al
2
O
3
là hợp chất chính tồn tại trong bauxit. Quá trình sản xuất alumin
bằng công nghệ Bayer từ quặng bauxit thực chất là quá trình hòa tan Al
2
O
3

phương diện này, có các khoáng vật chứa Al
2
O
3
tương ứng: gipxit - Al
2
O
3
.3H
2
O hay còn
gọi là hydragilit, bơmit và diaspo (Al
2
O
3
.H
2
O). Độ hòa tan của các khoáng vật này trong
dung dịch kiềm xếp theo thứ tự từ cao đến thấp. Mặt khác, các tính chất vật lý, hoá học
cũng khác nhau.

Tùy thuộc vào dạng tồn tại của khoáng vật chứa nhôm trong bauxit, người ta chia
công nghệ Bayer thành hai loại: công nghệ Bayer châu Âu và công nghệ Bayer châu Mỹ.
Công nghệ Bayer châu Mỹ: áp dụng cho loại bauxit chứa chủ yếu khoáng vật dạng
gipxit dễ hòa tách, nhiệt độ hòa tách cao nhất đạt 140145
o
C.
Công nghệ Bayer châu Âu: áp dụng cho loại bauxit chứa chủ yếu khoáng vật dạng
bơmit hoặc diaspor, nhiệt độ hòa tách >200
o

2
O
3
.H
2
O
Diaspo

-Al
2
O
3


-Al
2
O
3

Corindon 5



NaOH

Đập
Dung dịch cái

Nghiền/ (Tiền khử silic)
CaO
Hoà tách
Dung dịch luân lưu
Pha loãng/ (Hậu khử silic)
Lắng bùn đỏ
Dung dịch aluminat
Lọc kiểm tra
Trao đổi nhiệt
Phân huỷ
Lọc, Rửa
Al(OH)
3
Nung
Sản phẩm Alumin

Tâm mầm

Bùn đỏ
Rửa/Lọc
Nước
Nư
ớc rửa
Thải

alumin.

Quá trình khử silic của bauxit
Trong công nghệ Bayer, khi hoà tan bauxit với dung dịch kiềm, các khoáng vật
chứa SiO
2
có trong bauxit như caolinit, haloysit, illit…sẽ tham gia phản ứng với kiềm và
tạo ra hợp chất mới 3(Na
2
O.Al
2
O
3
.2SiO
2
)Na
2
X.aH
2
O với X có thể là CO
3
2-
, SO
4
2
, 2OH
-
,
2AlO
2

Quá trình hòa tách bauxit bằng phương pháp Bayer
Công nghệ Bayer được dựa trên cơ sở của phản ứng thuận nghịch sau [3]:

Lúc đầu phản ứng xảy ra nhanh, sau đó chậm dần và không thể hòa tách triệt để Al
2
O
3

từ bauxit kể cả khi kéo dài thời gian mà vẫn giữ nguyên nhiệt độ hòa tách.
Hiệu suất của quá trình hòa tách phụ thuộc nhiều vào yếu tố như: nhiệt độ, thời gian
hòa tách, nồng độ dung dịch, tỷ lệ rắn/lỏng, bản chất của bauxit….
Để tính hiệu suất hoà tách lý thuyết cần dựa trên cơ sở phân tích hoá và phân tích pha
(dạng tồn tại của khoáng vật chứa nhôm). Tuy nhiên, để đơn giản hóa, hiệu suất hoà tách lý
thuyết (
lt
) thường được tính theo công thức sau [3]:
,%100.
32
232
OAl
SiOOAl
lt



(1.1)
Trong đó:
Al
2
O

bx
bd
bx
bd
bx
bdbx
tt
OFe
OFe
x
OAl
OAl
OAl
OFe
OFe
xOAlOAl
n (1.2)
Trong đó:
Al
2
O
3
bx
, Al
2
O
3
bd
là hàm lượng Al
2

100

0
C

NaAl(OH)
4
(1) Al(OH)
3
+ NaOH 8

phần vật chất của bauxit và điều kiện hòa tách. Đối với những loại quặng chứa nhiều sắt ở
dạng gơtit thì việc lắng, lọc là rất khó khăn. Thông thường khi tiến hành quá trình này phải cho
thêm chất trợ lắng.

Phân hủy dung dịch natri aluminat
Sau khi lắng, lọc, dung dịch natri aluminat được phân hủy để kết tủa ra nhôm hydroxit
theo phản ứng sau:
NaAl(OH)
4


Al(OH)
3
 + NaOH (2)
Phân hủy là một trong những quá trình hóa học phức tạp. Hiện nay, tồn tại nhiều lý
thuyết với những cách giải thích khác nhau về cơ chế của quá trình này. Nói chung, quá trình

Nung nhôm hydroxit
Nung là công đoạn cuối cùng trong sản xuất alumin. Mục tiêu của quá trình nung là
làm mất nước của nhôm hydroxit - Al(OH)
3
để nhận được alumin - Al
2
O
3
.
Quá trình nung có sự biến đổi trải qua từng giai đoạn nhiệt độ khác nhau [3]:
 Ở nhiệt độ 110120
0
C: nhôm hydroxit mất hết nước ẩm.
 Ở nhiệt độ 500550
0
C diaspor mất phân tử nước kết tinh và biến thành alumin
không ngậm nước dạng γ-Al
2
O
3
dễ hút ẩm.
 Ở nhiệt độ 850
0
C, γ-Al
2
O
3
bắt đầu chuyển pha thành α-Al
2
O


Fe
2
O
3

TiO
2

MKN
Na
2
O
CaO
Khác
13,0
12,9
52,1
4,2
6,4
9,0
1,4
1,0
14,9
42,6
28,0
2,0
6,5
1,2
2,4

2
,
tạo thành khi trong công nghệ sản xuất alumin có bổ sung thêm vôi.
Bảng 1.4. Thành phần khoáng vật của các loại bùn đỏ khác nhau [49]
Hợp chất Trombetas Darling Range

South Manch
Gipxit
Bơmit
Diaspor
Hematit
Gơtit
Illit
Natrititanat
Quartz
Rutin
CaTiO
2

Canxit
Sodalit
-
0,6
1,2
38
19
-
-
2,2
0,8

10
Bùn đỏ có khối lượng riêng 3,3 (từ bauxit Kirkvine, Jamaica), 2,8 (từ bauxit
Arvida, Quebec) và 3,02 g/cm
3
(Kwinana). Li và Rutherford [43] nhận thấy, khối lượng
riêng của bùn đỏ dao động từ 3,6÷4,0 g/cm
3
và diện tích bề mặt riêng 30÷50 m
2
/g với các
loại bauxit khác nhau. Bùn đỏ có tính chất kiềm, pH từ 12÷13,5 (có khi tới 14).
Bauxit trước khi đưa vào hòa tách phải nghiền đến cỡ hạt nhỏ và do quá trình tự vỡ
vụn trong quá trình hòa tách nên bùn đỏ thường có cỡ hạt từ mịn đến rất mịn. Các hạt bùn
đỏ có kích thước lớn hơn 150 µm chiếm 0,1÷50%, phổ biến nhất là 5%. Đa phần bùn đỏ có
cấp hạt dưới sàng 100 µm, trong đó kích thước hạt nhỏ hơn 10 µm chiếm 80%. Bùn đỏ từ
bauxit Jamaica có cấp hạt dưới sàng 44 µm chiếm tới 90% [6, 10]. Bùn đỏ của nhà máy
chế biến bauxit thuộc NALCO có cấp hạt < 8 µm chiếm 80% trong đó cấp hạt < 5 µm chiếm
35% [47]. Theo Parekh và Goldberger [54], 50% bùn đỏ sau khi lắng có cỡ hạt nhỏ hơn 10 µm.
Còn Yong và Ludwig [90] nhận thấy, bùn đỏ Kirkvine chiếm 75% cỡ hạt 1 µm nhưng bùn đỏ từ
bauxit Arvida có cỡ hạt dưới 1 µm chiếm 25%. Glenister và Thornber [31] cho rằng, bùn đỏ
Kwinana có cỡ hạt dưới 2 µm chiếm 40%. Cấp hạt mịn và diện tích bề mặt riêng lớn là nguyên
nhân làm cho tốc độ lắng tự nhiên (lắng dưới tác động của trọng lực) của bùn đỏ diễn ra chậm.
Phân bố cỡ hạt đặc trưng của bùn đỏ được trình bày trên hình 1.2. Hình 1.2. Phân bố kích thước hạt mịn và hạt thô đặc trưng của bùn đỏ [49]
11

trong những bước quan trọng trong quy trình công nghệ Bayer sản xuất alumin từ bauxit.
Bùn đỏ lắng nhanh không những nhận được dung dịch natri aluminat có độ sạch cao mà
chu trình sản xuất alumin còn được rút ngắn. 12
Đối với một số nhà máy xử lý bauxit bằng công nghệ Bayer thì khâu cần quan tâm
nhất là khâu lắng tách bùn đỏ [93]. Tốc độ lắng bùn đỏ phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố [96]:
Thành phần quặng, điều kiện hòa tách bauxit, kích thước hạt quặng và điều kiện lắng bùn,
hoặc theo Cytec [28], các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lắng bùn đỏ bao gồm: kích thước
hạt bauxit, SiO
2
hòa tan, gơtit, tỷ lệ hematit/gơtit, mật độ chất rắn trong huyền phù, độ nhớt
dung dịch aluminat, chất kết bông
Tốc độ lắng bùn đỏ và độ nén bùn đã được nghiên cứu với đối tượng là bauxit
Hungary. Trong suốt thời gian quá trình lắng bùn đỏ diễn ra, người ta đã xác định được tốc
độ lắng bùn đỏ ban đầu chính là điểm gấp khúc P của đường cong lắng (hình 1.3).
Thêi gian l¾ng
ChiÒu cao cét bïn, H
ChiÒu cao cét bïn, H
ChiÒu cao cét bïn, H
ChiÒu cao cét bïn, H
Thêi gian l¾ng Thêi gian l¾ng Thêi gian l¾ng

Hình 1.3. Đường cong lắng đặc trưng của các loại bùn đỏ [75]

Quá trình nghiên cứu lắng bùn đỏ với nồng độ chất rắn khác nhau, nồng độ chất rắn
lại phụ thuộc vào loại bauxit, chế độ hòa tách cũng như hàm lượng chất trợ lắng sử dụng.
Khả năng lắng phụ thuộc vào diện tích bề mặt riêng của pha rắn trong bùn đỏ [75].


Cùng với sự giảm kích thước hạt bauxit thì tốc độ lắng bùn đỏ sẽ giảm nhưng diện
tích bề mặt và năng lượng bề mặt hạt bùn tăng lên lại làm tăng khả năng kết bông giữa các
hạt bùn đỏ. Điều này giải thích cho các hạt bùn đỏ kích thước nhỏ mịn khi hòa tách ở nhiệt
độ cao vẫn lắng tốt khi hạt bùn đỏ thuộc dạng ưa nước.
Kompanhiet [93] đã xác định, ảnh hưởng lớn nhất đến tốc độ lắng và mức độ nén
của bùn là đặc tính ưa nước của các hạt bùn. Những bùn ưa nước sẽ giữ một lượng lớn pha
lỏng hay còn gọi là hiện tượng no nước. Điều này dẫn đến khả năng nén kém của bùn.
Những hạt bùn đỏ có kích thước nhỏ có ý nghĩa lớn đến quá trình lắng bùn đỏ kể cả
khi chúng chiếm một phần nhỏ phần trăm về trọng lượng trong bùn đỏ. Vì thông thường,
quá trình lắng bùn đỏ hoàn thành khi trong dung dịch aluminat còn lẫn một lượng chất rắn
lơ lửng xác định mà không thể tách được chứ không phải tổng khối lượng bùn đã bị lắng
xuống [43].
Nồng độ chất rắn cũng ảnh hưởng đến tốc độ lắng. Khi nồng độ chất rắn tăng, tốc
độ lắng giảm [16, 19, 29, 40, 54]. Hiện tượng này được giải thích là do tăng sự cản trở 14
trong quá trình lắng. Orban và cộng sự [51] cũng thấy rằng, quá trình lắng bùn đỏ liên quan
đến tổng diện tích bề mặt hạt, được xác định bởi kích thước hạt và nồng độ chất rắn.
Ảnh hưởng lớn đến quá trình lắng bùn đỏ phải kể tới sự tồn tại của một số khoáng
vật có trong thành phần bauxit. Đã xác định được rằng, khi hòa tách bauxit không triệt để,
bùn đỏ tạo thành rất khó lắng [96]. Nguyên nhân của nó một phần là do khối lượng riêng
của bùn đỏ chứa Al(OH)
3
chưa được hòa tách nhỏ hơn khối lượng riêng của bùn được hòa
tách hoàn toàn. Nhôm hydroxit chưa được hòa tách dạng hydragilit và bơmit trong dung
dịch có tính không bền nên đóng vai trò như một chất mồi làm cho dung dịch aluminat bị
phân hủy trong quá trình lắng bùn. Nhôm hydroxit kết tủa xuống làm cho khối lượng riêng
của bùn đỏ giảm do đó giảm khả năng lắng bùn.
Theo Kompanhiet [93], những bauxit chứa nhiều khoáng silic hòa tan sẽ làm giảm

Khi thay đổi thời gian hòa tách một loại bauxit ở nhiệt độ 180÷230
o
C thì thấy rằng,
thời gian hòa tách không ảnh hưởng đến quá trình lắng và nén bùn đỏ. Tuy nhiên, khi nâng
nhiệt độ hòa tách lên 260
o
C thì quá trình lắng tốt hơn rất nhiều cho dù hàm lượng SiO
2

trong bauxit cao. Tăng nhiệt độ hòa tách đến 290
o
C bùn đỏ trở nên lắng tốt kể cả SiO
2

trong bauxit rất lớn [93].
Ảnh hưởng lớn đến quá trình lắng phải kể đến khoáng ôxit sắt dạng gơtit, limonit
[42, 43, 93, 96]. Khi hòa tách chúng mất nước và tạo thành ôxit sắt siêu mịn. Khi pha
loãng huyền phù và rửa bùn đỏ, chúng hút lại nước và trương phình lên làm cho quá trình 15
lắng kém [93, 96]. Bùn đỏ chứa sắt chủ yếu dạng hematit sẽ lắng nhanh hơn bùn đỏ chứa
sắt dạng gơtit [43].
Hematit - Fe
2
O
3
, gơtit - α-FeOOH, alumogơtit - α-(Al,Fe)OOH và alumohematit –
(Al,Fe)
2

hòa tan 50 mg Fe
2
O
3
/lít Na
2
O
c
. Gơtit và alumogơtit có cấu trúc hạt mảnh hơn hematit nên
trong thời gian ngắn chúng cũng có thể hòa tan và kết tủa nhanh hơn hematit. Bauxit có
hàm lượng TiO
2
cao sẽ làm chậm thậm chí ngăn cản quá trình chuyển biến của alumogơtit
sang hematit. Trường hợp này, nếu trong quá trình hòa tách bauxit bổ sung một lượng CaO
hợp lý để nó có thể phản ứng với TiO
2
(dạng peroskit CaTiO
3
) nhằm nâng cao khả năng
thu hồi Al trong mạng alumogơtit.
Thành phần của sắt sẽ có sự biến đổi lớn khi hòa tách bauxit ở nhiệt độ 140250
o
C
[39, 73]. Alumogơtit bị biến đổi thành hematit theo phản ứng:
(Fe
x
,Al
1-x
)
2

Khi nghiên cứu một vài mẫu bùn đỏ của bauxit thuộc Jamaica, Strahn [83] nhận
thấy, tồn tại mối quan hệ tuyến tính giữa tỷ lệ hematit/gơtit với tốc độ lắng bùn đỏ. Tốc độ
lắng bùn đỏ của bauxit Jamaica chậm có liên quan trực tiếp đến cỡ hạt mịn, hạt coloid của
khoáng vật sắt sau quá trình hòa tách.
Các nghiên cứu về lắng bùn đỏ của Orban và cộng sự [52], Davis [26] đã chỉ ra
rằng, tốc độ lắng bùn đỏ liên quan đến diện tích bề mặt riêng của các hạt bùn đỏ. Bề mặt
riêng của khoáng chứa sắt lớn hơn sẽ cho tốc độ lắng chậm hơn. Theo thứ tự, khoáng chứa
sắt dạng alumogơtit, gơtit và hematit có diện tích bề mặt riêng giảm dần. Theo quan sát,
tốc độ lắng bùn đỏ chứa nhiều hematit sẽ nhanh hơn bùn đỏ chứa nhiều gơtit hoặc
alumogơtit.
Parekh và Goldberger [54] lại thấy rằng, tốc độ lắng bùn đỏ khác nhau liên quan
đến hàm lượng khoáng chất của sắt trong quặng bauxit. Họ cũng nhận thấy, một số yếu tố
như: độ pH môi trường lắng, các muối kim loại và kết tủa của Al
3+
, Fe
3+
và Mg
2+
có tác
động ít đến tốc độ lắng bùn đỏ.
Một số công trình nghiên cứu [29] thấy rằng, bùn đỏ chứa nhiều gơtit lắng kém hơn
bùn đỏ chứa nhiều hematit. Giải thích hiện tượng này dựa trên cơ sở so sánh giữa hematit
và gơtit về phương diện: đặc tính bề mặt, khối lượng riêng và hình dạng cấu trúc tinh thể.
Tùy thuộc vào hàm lượng tạp chất, hematit có khối lượng riêng dao động từ 4,2÷5,3 g/cm
3
,
trong khi đó khối lượng riêng của

gơtit (3,1÷4,4 g/cm
3

o
C ở một số điều kiện khác nhau thì cho kết
quả như trong bảng 1.5.

Bảng 1.5. Sự chuyển biến từ gơtit thành hematit khi hòa tách bauxit [88]
Bauxit CaO, % Nhiệt độ hòa tách,
o
C
Gơtit chuyển biến thành
hematit, %
Weipa/Boke
0 250 27
2 250 70
Jamaica
2 140 20
0 240 24
2 240 76

Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng, chuyển biến gơtit thành hematit với sự có mặt
của CaO chỉ xảy ra ở nhiệt độ cao, còn khi xử lý bauxit bằng công nghệ Bayer châu Mỹ tác
dụng của vôi cho quá trình này là không đáng kể.
Buravlev và cộng sự [20] đã tiến hành thử nghiệm nung bùn đỏ ở nhiệt độ 200-
700
0
C để chuyển biến gơtit thành hematit nhằm cải thiện quá trình lắng. Kết quả thử
nghiệm cho thấy, sự chuyển biến từ gơtit sang hematit trong điều kiện thử nghiệm là không
rõ ràng.
Một nghiên cứu về hiệu quả của sự chuyển biến từ gơtit sang hematit cũng được
thực hiện bởi Basu [15] qua 2 cách, nung gơtit trong môi trường không khí và hòa tan gơtit
rồi kết tủa ở dạng hematit. Kết quả chỉ ra rằng, tốc độ lắng hematit nhận được từ quá trình

2
+ Fe
2
O
3
(7)
Mal’ts [45] thấy rằng, cho CaO trong quá trình hòa tách bauxit ở 240
o
C thì tỷ lệ
alumogơtit biến đổi thành hematit sẽ cao hơn khi cho CaO trong quá trình tiền khử silic ở
nhiệt độ thấp.
Tóm lại, một số nhà nghiên cứu cho rằng, quá trình lắng phụ thuộc vào thành phần
hóa học và khoáng vật của cấu tử sắt có trong bauxit. Sự có mặt của khoáng sắt dạng gơtit 18
là vấn đề chính gây nên tốc độ lắng bùn đỏ chậm vì gơtit có khối lượng riêng nhỏ và diện
tích bề mặt riêng lớn.
Anatat (TiO
2
) tuy không phải là thành phần chính nhưng chúng cũng có mặt trong
nhiều loại bùn đỏ. Yamada và cộng sự [89] đã nghiên cứu lắng bùn đỏ tạo thành từ quá
trình hòa tách một vài nguồn quặng tinh bauxit khác nhau trên thế giới ở áp suất cao. Các
tác giả thấy rằng, ở điều kiện thực nghiệm không xét đến sự khác nhau về kích thước hạt,
dạng kết tinh hay khối lượng riêng, quá trình kết bông của các khoáng riêng lẻ như: anatat,
bơmit và hematit là tốt, trong khi gơtit, gipxit, quartz và kaolinit là kém. Họ cũng nhận
thấy rằng, bùn đỏ chứa nhiều gơtit khả năng kết bông bằng chất trợ lắng polyacrylat là kém
và sự chuyển biến từ gơtit sang hematit bị hạn chế. Tốc độ lắng của bùn đỏ cao gơtit tăng
đột ngột khi cả hai thành phần hematit và anatat tăng lên. Đã quan sát được, tốc độ lắng
càng cao khi hàm lượng anatat càng lớn hơn 7%. Trái với những nhận định vừa nêu, theo


19
CO
3
2-

+ Ca(OH)
2
= CaCO
3
+ 2OH
-
(8)
Các chất hữu cơ hòa tan được coi là có hại trong quy trình công nghệ Bayer. Chúng
không những làm bẩn sản phẩm alumin mà còn làm giảm chất lượng mầm kết tinh trong
quá trình phân hóa dung dịch [37].
Nguồn tạp chất hữu cơ chủ yếu từ bauxit tồn tại ở dạng humin và bitum. Các chất
humic bao gồm axit humic – sản phẩm chuyển hóa của licnin, chúng dễ hòa tan trong dung
dịch kiềm NaOH tạo ra các hợp chất kiềm humat khác nhau, chuyển hóa thành natri oxalat
dễ hòa tan, và các chất nhựa khác cùng với xút tạo thành các dung dịch keo.
So với các humin thì bitum có đặc điểm là hàm lượng cacbon và hydro cao hơn.
Thực tế chúng không hòa tan trong dung dịch kiềm và không có tác hại như các humin.
Mặc dù hàm lượng của các chất hữu cơ trong bauxit chỉ tính bằng phần vạn và chỉ
có các chất humin đi vào dung dịch mà cũng chỉ ở phần nào nhưng chúng còn đi vào dung
dịch do kết quả tương tác giữa dung dịch với vải lọc và các chất kết bông hữu cơ cho thêm
vào để tăng khả năng lắng bùn đỏ. Cùng với mồi nhôm hydroxit và dung dịch kiềm sau khi
costic hóa natri cacbonat, các chất hữu cơ quay vòng lại quá trình.
Các chất hữu cơ là một trong những nguyên nhân làm chậm quá trình lắng cũng
như rửa bùn đỏ. Khi hàm lượng chất hữu cơ cao thì độ nhớt của dung dịch aluminat tăng
lên rõ rệt kéo theo khả năng lắng của các hạt bùn đỏ kém [80, 93, 96].

2OH
-
- 2e = H
2
O + O (9)
Các oxy nguyên tử sinh ra sẽ hấp phụ lên bề mặt hạt bùn tạo thành một lớp màng
mỏng ngăn cản các hạt bùn kết nối với nhau, làm chậm quá trình lắng bùn đỏ. Kết quả
phân tích cho thấy, bùn đỏ lắng kém chứa tới 6,62 cm
3
O
2
/kg bùn đỏ so với bùn đỏ lắng tốt
chỉ có 4,23 cm
3
O
2
/kg bùn đỏ. Trong dung dịch kiềm, các hạt cơ bản của bùn đỏ mang điện
tích dương [93]. Sự đẩy nhau của các hạt bùn cùng điện tích làm cho sự lắng và nén chặt
của bùn kém đi. Khi có mặt tinh bột – chất trợ lắng hữu cơ tự nhiên, các hạt bùn mất ngay
điện tích và trở nên trung tính. Chính nguyên nhân này giúp các hạt bùn dễ tiếp xúc để kết
bông hơn.
Một nghiên cứu khác tiến hành hòa tách kết hợp bauxit có khả năng lắng kém với
bauxit có khả năng lắng tốt. Kết quả cho thấy rằng, sự kết hợp này thúc đẩy khả năng lắng
của bauxit lắng kém và làm giảm khả năng lắng của bauxit lắng tốt [93].
Khi tiến hành lắng bùn đỏ của bauxit có khả năng lắng kém cho thêm 10% bùn đỏ
được hòa tách ở nhiệt độ cao. Kết quả chỉ ra rằng, khả năng lắng và nén chặt bùn đỏ tốt
hơn rất nhiều, kết quả này tương đương với cho thêm tinh bột [93].
Một nghiên cứu về ảnh hưởng của độ nhớt dung dịch aluminat cho thấy, khi nồng
độ dung dịch aluminat tăng từ 130 g/l Na
2

ZHANG Kun-yu cùng cộng sự [92] đã nghiên cứu sự tương tác giữa chất kết bông
tổng hợp poliacrylate SPA (PAA), poliacrylamide PAM và các hạt bùn đỏ. Từ kết quả thực
nghiệm, tác giả đưa ra công thức tính tốc độ lắng:
v=[(h
1
−h
2
)/5]×60 (1.4)
trong đó: v - vận tốc lắng bùn đỏ, m/h
h
1
- chiều cao cột bùn đỏ ban đầu, m
h
2
- chiều cao cột bùn đỏ sau 5 phút lắng
5 - thời gian lắng đã trôi qua, phút
60 - số phút trong 1 giờ
Cũng theo tác giả, cơ chế tương tác giữa hạt bùn đỏ và SPA hoặc PAM là cơ chế
hấp phụ cầu nối. Tốc độ lắng bùn đỏ khi cho thêm SPA chậm hơn khi cho thêm PAM,
nhưng dung dịch aluminat thu được lại ít chất rắn lơ lửng hơn.
Phương pháp chuẩn bị môi trường chất kết bông cũng có ảnh hưởng đến quá trình
lắng. Nhóm nghiên cứu cho biết, cùng một lượng PAM như nhau, tốc độ lắng bùn đỏ khi
cho thêm PAM được hòa tan trong nước chứa 10 g/l NaOH chỉ đạt 0,61 m/h, nhưng nếu
PAM hòa tan trong nước tinh khiết thì tốc độ này có thể đạt 1,31 m/h. Nguyên nhân là do
PAM trong NaOH bị thủy phân không hoàn toàn tạo thành liên kết - CONH
2
- COO
-
-
CONH

và sodium laureth sulphate
CH
3
(CH
2
)
10
CH
2
(OCH
2
CH
2
)
n
OSO
3
-
). Kết quả thực nghiệm cho thấy, khi cho thêm chất
hoạt tính bề mặt anion và cation thì độ nhớt của bùn đỏ giảm ở mức độ vừa phải. Cần chú
ý rằng, sự hiện diện của ion natri trong dung dịch có ảnh hưởng đáng kể đến quá trình hấp
phụ bề mặt.
Có khá nhiều công trình nghiên cứu về sử dụng chất trợ lắng là polime hữu cơ để
khử hợp chất hữu cơ (chủ yếu là cacbon hữu cơ) có mặt trong huyền phù bùn đỏ [55, 56,
57, 58, 59, 60, 61, 62]. Các nghiên cứu đều đưa ra kết luận rằng, cacbon hữu cơ (chiếm
một lượng nhỏ trong bauxit) là một trong những nguyên nhân làm bùn đỏ lắng chậm. Để
loại bỏ chúng khỏi dung dịch cần sử dụng chất kết bông hữu cơ như: anion poliacrylamid,
polidadmac, homo hoặc copolime của axit acrylic.
Nhà máy sản xuất alumin Nalco (Ấn Độ) hòa tách quặng bauxit gipxit, cỡ hạt -
0,063 mm chiếm 47% đưa vào khâu hòa tách. Chất kết bông sử dụng khi lắng bùn đỏ là bột

Bảng 1.6. Các nước có tiềm năng lớn hàng đầu về bauxit
STT

Tên nước
Trữ lượng bauxit,
(10
9
tấn)
1 Guinea 8,6
2 Australia 7,8
3 Việt Nam 5,5
4 Brazil 2,5
5 Jamaica 2,5
6 Trung Quốc 2,3
7 Ấn Độ 1,4

Nguồn: Cục khảo sát địa chất Mỹ 2009 24

Hình 1.4. Phân bố bauxit ở Việt Nam theo vùng [5]

Quá trình nghiên cứu về bauxit của Việt Nam được phân chia thành các giai đoạn
như sau:
 Trước năm 1975, với sự giúp đỡ của Liên Xô và Hungary, đã tiến hành nghiên
cứu thăm dò trữ lượng và khả năng hòa tách bauxit miền Bắc, điển hình là hai
mỏ: Ma Mèo – Lạng Sơn và Táp Ná – Cao Bằng.
 Từ năm 1975, sau khi giải phóng miền Nam, tập trung nghiên cứu bauxit vùng
Tây Nguyên với sự giúp đỡ của khối SEV.

165-170 g/l; lắng tách bùn đỏ bằng chất trợ lắng hữu cơ tổng hợp biến tính DW32 (Úc).
Trong những năm qua, một vài tập thể khoa học của nước ta đã tiến hành một số
đề tài nghiên cứu về sản xuất alumin bằng công nghệ Bayer châu Âu từ bauxit diaspor ở
khu vực phía Bắc và bằng công nghệ Bayer châu Mỹ từ bauxit laterit khu vực Tây Nguyên
[4, 5]. Tuy nhiên, các công trình này tập trung chủ yếu vào vấn đề khử silic và hòa tách
quặng tinh, còn quá trình lắng chỉ được đề cập một cách rất sơ lược không thành nội dung
nghiên cứu tương ứng với tầm quan trọng của nó trong công nghệ Bayer. Vì vậy, nghiên
cứu quá trình lắng bùn đỏ sau hòa tách bauxit một cách cơ bản, toàn diện là nhiệm vụ cấp
thiết, không chỉ có ý nghĩa về mặt khoa học mà còn có ý nghĩa thực tiễn, đặc biệt đối với
nước ta đang trong giai đoạn xây dựng nền công nghiệp sản xuất alumin bằng công nghệ
Bayer châu Mỹ.

1.4. Định hướng nghiên cứu
Bauxit Gia Nghĩa Đắc Nông, một trong những nguồn quặng có tính đại diện cho
bauxit khu vực Tây Nguyên, Việt Nam. Bauxit này chứa khoáng vật nhôm chủ yếu ở dạng
gipxit, do đó, việc chuẩn bị bùn đỏ cho quá trình nghiên cứu lắng phải được thực hiện theo
quy trình sản xuất alumin bằng công nghệ Bayer theo chế độ chọn trước.
Lắng bùn đỏ là quá trình phụ thuộc rất nhiều vào các yếu tố và chế độ công nghệ
của các công đoạn liên quan. Vì vậy, để có được những đánh giá khoa học, tổng thể, nội
dung nghiên cứu cần tập trung vào các vấn đề sau:
 Thành phần vật chất của quặng tinh bauxit
 Cỡ hạt quặng tinh bauxit cho hòa tách
 Một số thông số hòa tách bauxit có liên quan trực tiếp tới khả năng lắng bùn đỏ:
o Lượng nạp bauxit
o Hệ số pha loãng huyền phù thu được sau hòa tách
 Nhiệt độ lắng
 Lựa chọn phương án cường hóa quá trình lắng bằng các chất trợ lắng hữu cơ tự
nhiên và hữu cơ tổng hợp biến tính phù hợp với đặc điểm nguyên liệu bauxit
Tây Nguyên thuộc loại gipxit – gơtit.