1 NHỮNG CHỮ VIẾT TẮT
Tổ chức Phát triển Công nghiệp của Liên Hợp Quốc
UNIDO
Cơ quan Thống kê Kim loại Thế giới
WBMS
Polyethylene có tỷ trọng cao
HPDE
Chu trình hoà tách ở nhiệt độ thấp đã được cải tiến
ILTP
Chu trình hoà tách ở nhiệt độ thấp thông thường
CLTP
Sản phẩm khử silicate
DSP
Bảo đảm chất lượng/kiểm tra chất lượng
QA/QC
xung quanh và gây khó khăn cho công tác phục hồi môi trường khi mỏ đã kết
thúc vận hành.
Sự xuất hiện hồ thải quặng đuôi có liên thông với hệ thống thủy văn xung
quanh, trong đó việc thiết kế đập có tính toán đến số liệu thủy văn và khí hậu để
cho nước mặt thoát ra ngoài vào thủy vực xung quanh theo cửa tràn và vị trí đặt
khu vực thải bùn đỏ cũng cần phải nghiên cứu kỹ lưỡng sao cho nó được đặt trên
nền khu vực có lớp đất sét để tránh ảnh hưởng đến nguồn nước ngầm.
Để cung cấp thêm thông tin về công nghệ xử lý bùn đỏ trong sản xuất alumin
từ bauxit, Trung tâm Thông tin KH&CN Quốc gia xin giới thiệu Tổng luận: “XỬ
LÝ BÙN ĐỎ TRONG SẢN XUẤT ALUMIN TỪ BAUXIT”. Hy vọng tài liệu sẽ có
ích đối với độc giả.
TRUNG TÂM THÔNG TIN KH&CN QUỐC GIA 3
ĐẶT VẤN ĐỀ
Bùn đỏ là chất thải không thể tránh khỏi trong quá trình sản xuất alumin. Bùn đỏ bao gồm các
thành phần không thể hòa tan, trơ và khá bền vững trong điều kiện phong hóa như Hematit,
Natrisilicat, Aluminate, Canxi-titanat, Mono-hydrate nhôm… và đặc biệt là có chứa một lượng xút,
một hóa chất độc hại dư thừa từ quá trình sản xuất alumin. Trong quá trình sản xuất, các nhà sản
xuất sẽ phải cố gắng tối đa để thu hồi lượng xút dư thừa để giảm thiểu chi phí tài chính và bảo vệ
môi trường. Tuy nhiên, lượng xút dư thừa vẫn có thể gây độc hại, nguy hiểm cho con người, vật
nuôi và cây trồng nếu bị phát tán ra ngoài. Cho đến nay, trên thế giới đã có một số công trình nghiên
cứu sử dụng bùn đỏ (làm vật liệu xây dựng…) nhưng vẫn chưa có các giải pháp hữu hiệu để giải
quyết vấn đề này. Cách thức phổ biến về xử lý bùn đỏ vẫn là xây hồ chứa hoặc chôn cất bùn đỏ ở
nơi hoang vắng, gần bờ biển, xa các vùng đầu nguồn các sông suối và các mạch nước ngầm.
Như vậy, nếu các tiêu chuẩn kỹ thuật xây dựng hồ bùn đỏ không đảm bảo, nguy cơ như vỡ đập,
hoặc sự cố tràn (khi lượng mưa quá lớn đột xuất) vẫn sẽ là mối nguy thường trực hàng ngày. Một
I. SẢN XUẤT ALUMIN VÀ XỬ LÝ BÙN ĐỎ
1.1. Tình hình sản xuất
Trên thế giới, nhôm là một trong 4 kim loại màu cơ bản được sử dụng nhiều trong
các ngành công nghiệp quan trọng như chế tạo thiết bị điện, phương tiện vận tải, xây
dựng, chế tạo máy, vũ khí, vật liệu bao gói, đồ đựng nước uống giải khát và sản xuất
đồ gia dụng. Tổng tài nguyên khoáng sản bauxit trên thế giới ước đạt 75,2 tỷ tấn, phân
bố chủ yếu tại các quốc gia nhiệt đới và cận nhiệt đới, trong đó Ghi nê, Australia và
Việt Nam là các quốc gia có trữ lượng bauxit lớn nhất.
Tổng lượng tiêu thụ nhôm nguyên sinh trên thế giới năm 2007 đạt 38 triệu tấn và dự
báo sẽ tăng lên 51,8 triệu tấn năm 2012 và đạt 74,9 triệu tấn vào năm 2020. Trong khi
đó, theo dữ liệu nghiên cứu của Cơ quan Thống kê Kim loại Thế giới (WBMS) thì sản
xuất nhôm của thế giới năm 2007 đạt 38,02 triệu tấn, năm 2008 đạt 41,9 triệu tấn và
đến năm 2020 có thể đạt 78,5 triệu tấn. Từ năm 2008 đến 2011 thị trường nhôm sẽ xảy
ra dư thừa từ 0,1 - 1,8 triệu tấn/năm, nhưng đến giai đoạn từ 2012 đến 2020, nhôm sẽ
rơi vào tình trạng thiếu hụt khoảng từ 0,3 triệu tấn đến 2,6 triệu tấn/năm.
Theo đánh giá của AOA VAMI RUSAL (Nga), sản lượng alumin (nhôm ôxít) của
thế giới năm 2007 đạt 74,7 triệu tấn, tăng 6,9% so với năm 2006 và tăng 40,1% so với
năm 2000. Sự tăng trưởng mạnh mẽ sản lượng alumin đạt được là do nhu cầu về nhôm
tăng mạnh, đặc biệt là từ nhu cầu của Trung Quốc và các quốc gia thuộc Mỹ La tinh.
Cũng theo dự báo của RUSAL sản lượng alumin trên thế giới giai đoạn 2008-2014 sẽ
tăng khoảng 50 triệu tấn. Phần lớn alumin được giao dịch trên thị trường Thế giới
thông qua những hợp đồng dài hạn, chỉ có một phần nhỏ, khoảng 10% tham gia vào thị
trường trôi nổi. Giá alumin trên thị trường dao động bằng khoảng từ 11-15% so với giá
nhôm. Nhóm Broc Hunt nghiên cứu thị trường alumin Thế giới và cho ra một dự báo
dài hạn về thị trường alumin đến năm 2020 theo bảng dưới đây:
Bảng 1: Dự báo về thị trường alumin đến năm 2020
Đơn vị: Triệu tấn
2008
2009
113.1
118.8
127.1
130.3
148.3
Thừa/
Thiếu
1.3
1.6
2.0
1.1
2.1
-0.5
0.3
-0.5
-0.3
-1.0
0.4
Nguồn: Broc Hunt
5
Bauxit là một trong những tài nguyên khoáng sản khá dồi dào trên Trái đất. Từ
bauxit có thể thu hồi alumin (Al
2
O
3
), rồi tiếp tục điện phân sẽ thu hồi aluminium
(nhôm kim loại). Những khoáng vật chủ yếu của bauxit là: gippsite, diaspore,
boehmite là một biến dạng đa hình của diaspore. Khoảng 96% bauxit khai thác được
sử dụng trong ngành luyện kim, 4% còn lại được sử dụng trong các ngành công nghiệp
7 900 000
3
Braxin
24 800
25 000
1 900 000
2 500 000
4
Trung Quốc
30 000
32 000
700 000
2 300 000
5
Hy Lạp
2 220
2 200
600 000
650 000
6
Guinea
18 000
18 000
7 400 000
8 600 000
7
Guyana
1 600
1 600
700 000
600 000
13
Venezuela
5 900
5 900
320 000
350 000
14
Việt Nam
30
30
2 100 000
5 400 000
15
Các nước khác
7 150
6 800
3 200 000
3 800 000
16
Tổng cả thế giới
(làm tròn)
202 000
205 000
27 000 000
38 000 000
Nguồn: U.S. Geological Survey, Mineral Commodity Summaries, 1/2009
6
1.2. Công nghệ sản xuất alumin
trong bauxit ra khỏi các tạp chất khác (các ôxít…). Alumin luyện kim được
chuyển hoá trong quá trình điện phân trong bể muối cryolite nóng chảy (Na
3
AlF
6
) để
thành nhôm kim loại.
- Sản xuất alumin bằng phương pháp hoả luyện
Trong số các phương pháp hỏa luyện thì phương pháp thiêu kết bauxit với Na
2
CO
3
có sự tham gia của CaCO
3
(gọi là phương pháp soda-vôi) là phương pháp kinh tế và
được ứng dụng trong công nghiệp. Phương pháp thiêu kết dùng để xử lý quặng bauxit
có chất lượng trung bình hoặc kém (hàm lượng SiO
2
cao) mà nếu xử lý bằng công
nghệ Bayer (công nghệ thủy luyện) thì không có hiệu quả kinh tế.
Nguyên lý của phương pháp hỏa luyện là: Thiêu kết hỗn hợp bauxit + Na
2
CO
3
+
CaCO
3
trong lò quay ở nhiệt độ 1200
o
Bayer: song song hoặc nối tiếp.
- Sản xuất alumin bằng phương pháp Bayer (phương pháp thuỷ luyện)
Công nghệ Bayer được Karl Bayer phát minh vào năm 1887. Khi làm việc ở Saint
Petersburg, Nga ông đã phát triển từ một phương pháp ứng dụng alumin cho ngành công
nghiệp dệt (nó được dùng làm chất ăn mòn trong nhuộm sợi bông), vào năm 1887 Bayer đã
phát hiện rằng nhôm hydroxit kết tủa từ dung dịch kiềm ở dạng tinh thể và có thể tách lọc
và rửa dễ dàng, trong khi nó kết tủa bởi sự trung hòa dung dịch trong môi trường axít, thì ở
dạng sệt và khó rửa sạch.
7
Vài năm trước đó, Louis Le Chatelier, nhà bác học Pháp trong lĩnh vực hoá học và
luyện kim đã phát triển phương pháp tạo ra alumin khi nung bauxit trong natri
cacbonat, Na
2
CO
3
, ở 1200°C, tạo ra natri alumint (NaAlO
2
) và nước, sau đó tạo kết tủa
nhôm hydroxit bằng carbon dioxide, CO
2
, tiếp theo nhôm hidroxit được đem đi lọc và
làm khô. Quá trình này đã không được sử dụng khi phương pháp của Bayer ra đời.
Công nghệ Bayer trở nên rất quan trọng trong ngành luyện kim cùng với những phát
minh về điện phân nhôm vào năm 1886. Cùng với phương pháp xử lý bằng xyanua được
phát minh vào năm 1887, công nghệ Bayer đã hình thành ngành luyện kim bằng nước hiện
đại.
Ngày nay, công nghệ này vẫn không thay đổi và nó tạo ra hầu hết các sản phẩm
nhôm trung gian trên thế giới.
Để chuyển từ bauxit thành alumin, người ta nghiền quặng và trộn với đá vôi và sođa
lọc và loại bỏ ra khỏi dung dịch tạo thành bùn đỏ, quặng đuôi hay đuôi quặng của loại
quặng bauxit.Chính thành phần bùn đỏ này gây nên vấn đề môi trường liên quan đến
đổ thải, giống như các loại quặng đuôi của các khoáng sản kim loại màu nói chung.
Tiếp theo, dung dịch hydroxit được làm lạnh và hydroxit nhôm ở dạng hòa tan phân
lắng tạo thành một dạng chất rắn, bông, có màu trắng. Khi được nung nóng lên tới
1050°C (quá trình canxit hóa), hydroxit nhôm phân rã vì nhiệt trở thành alumin và giải
phóng hơi nước:
2Al(OH)
3
→ Al
2
O
3
+ 3H
2
O
Công nghệ Bayer có thể khái quát gồm các công đoạn sau:
- Bauxit được hoà tách với dung dịch kiềm NaOH. Lượng Al
2
O
3
được tách ra trong
dạng NaAlO
2
hoà tan và được tách ra khỏi cặn không hoà tan (gọi là bùn đỏ mà chủ
yếu là các ôxít sắt, ôxít titan, ôxít silic…).
- Dung dịch aluminate, NaAlO
2
được hạ nhiệt đến nhiệt độ cần thiết và cho mầm
Al(OH)
Trong quá trình sản xuất alumin bằng phương pháp Bayer, tùy theo thành phần
khoáng vật của bauxit mà công nghệ Bayer được chia thành 2 phương pháp khác nhau:
a. Công nghệ Bayer châu Mỹ
Được áp dụng nếu Al
2
O
3
của bauxit ở dạng gippsite (trihydrate Al
2
O
3
. 3H
2
O), có
thể được hoà tách dễ dàng. Bauxit này thường được hòa tách ở nhiệt độ tối đa 140-
145
0
C trong dung dịch hòa tách có nồng độ kiềm thấp (120-140g/l Na
2
O).
b. Công nghệ Bayer châu Âu
Được áp dụng nếu Al
2
O
3
của bauxit ở dạng boehmite và diaspore (monohydrate
Al
2
O
Nung
Al
2
O
3
Vôi
9
1.3. Bùn đỏ và xử lý bùn đỏ
Quặng thải bauxit hay còn gọi là bùn đỏ (bởi vì có mầu đỏ) là sản phẩm phụ chủ
yếu từ quá trình hòa tách trong sản xuất alumin theo công nghệ Bayer. Khối lượng và
chất lượng bùn đỏ, hàm lượng caustic của pha lỏng (dung dịch bám dính đi theo bùn
đỏ) rất khác nhau tại các nhà máy luyện alumin khác nhau. Khối lượng bùn đỏ dao
động từ 0,4 tấn đến 2 tấn (tấn khô) cho một tấn alumin sản phẩm, trước tiên phụ thuộc
vào chất lượng bauxite đầu vào cấp cho nhà máy.
Trong quá khứ người ta ít quan tâm đến rủi ro môi trường do hoạt động công nghiệp
gây ra, trong đó có lưu giữ bùn đỏ. Trong 40 năm qua, thế giới đã đạt được nhiều tiến
bộ trong rửa, khử nước và lưu giữ bùn đỏ.
* Bản chất tự nhiên của bùn đỏ
Khái niệm: Bùn đỏ hoặc quặng thải bauxit là cách gọi chất thải từ quá trình hoà
tách khoáng sản alumin ngậm nước của bauxit. Bauxit được hoà tách với dung dịch
kiềm NaOH. Lượng Al
2
O
3
hoà tan trong kiềm và được tách ra khỏi cặn không hoà tan,
gọi là bùn đỏ.
Dung dịch (NaAlO
2
nhiệt độ thấp). Bauxit boehmitic được hoà tách ở nhiệt độ 230 - 270
o
C, trong khi
bauxit diaspore ở nhiệt độ 240 - 280
o
C. Vôi sử dụng tại các thời điểm khác nhau của
chu trình Bayer trở thành hợp phần của bùn đỏ.
Bùn đỏ chứa các hạt thô (> 106 μm), gọi là cát. Số lượng hạt cát thay đổi từ 0,1 đến
50 % trong chất thải hoà tách khác nhau, thông thường 5 %. Trong nhiều trường hợp
hạt cát được tách ra khỏi trước khi gạn lọc và chuyển tới thiết bị rửa trong hệ thống
tách. Hạt cát có thể chứa quartz.
Như vậy, thực chất bùn đỏ về cơ bản vẫn là các nguyên tố có trong thành phần bauxit
không hoà tan trong kiềm, nguyên tố có thêm là thành phần Na (vì sử dụng kiềm để hoà
tan), hoặc Ca (nếu công nghệ có sử dụng CaO làm chất xúc tác với lượng ít).
10
- Hợp chất hoá học của bùn đỏ
Hợp chất khoáng học và hoá học của các loại bauxit khác nhau, do đó khả năng hoà
tách và các thông số chu trình cũng khác nhau. Hợp chất khoáng học và hoá học cũng như
đặc tính vật lý của bùn đỏ từ các nhà máy luyện alumin trên thế giới được nêu ở bảng 3 và
bảng 4.
Phần lớn soda ở dưới dạng liên kết hoá học (sodium-aluminum-hydrosilicate) và sử
dụng soda từ liên kết này rất khó. Còn lại, soda hoà tan được và dung dịch kiềm có
trong pha lỏng hay dòng dung dịch đáy đi cùng bùn đỏ.
Bảng 3: Hợp chất hoá học của các loại bùn đỏ khác nhau
Boké
(Guinea)
Weipa Al
2
O
3
SiO
2
Fe
2
O
3
TiO
2
L.O.I.
Na
2
O
CaO
Khác
14,0
7,0
32,1
27,4
10,0
4,0
6,5
1,2
2,4
2,4
14,4
12,5
38,0
5,5
9,6
7,5
7,6
4,9
13,0
12,0
41,0
6,2
7,1
7,5
10,9
2,3
Bảng 4: Hợp chất khoáng hoá của bùn đỏ khác nhau
Hợp chất
(%)
Boké
Weipa
Trombetas
South
Manch.
Darling
18,0
-
27,0
-
2,0
2,0
-
-
-
0,5
-
38,0
19,0
27,0
-
-
0,6
1,2
-
1,5
1,4
33,0
3,5
10,0
27,0
-
2,0
2,0
1,0
16,0
-
10,0
-
0,6
0,6
10,0
10,0
3,6
11
Quartz
Anatase
Rutile
Na-Titanates
Magnetites
Chamosite
Ilmenite
Khác
-
7,0
19,0
2,0
-
-
-
2,2
6,0
2,0
-
-
-
-
-
-
5,0
-
-
-
-
-
6,0
-
3,7
- Hợp chất khoáng hoá của bùn đỏ
Các hợp chất khoáng hoá sau đây được tìm thấy trong bùn đỏ: gibbsite, boehmite,
diaspore, hematite, alumo-goethite, magnetite, maghmite, kaolinite, quarts, chamosite,
sodium-aluminium-hydrosilicats (sodalite, cancrinite, v.v…), anatase, rutile, Ca(Mg,
Al, Fe) titanates, calcium-alumo-silicate. Hai hợp chất sau cùng là đặc tính của chất
thải bùn đỏ từ chu trình hoà tách nhiệt độ cao. Bùn đỏ cũng có nhiều hoặc ít các cấu
thành không định hình.
- Đặc tính vật lý của bùn đỏ
Tỷ trọng: 2,6-3,5 t/m
3
; pH: 12-13,5 (có khi tới 14); tỷ lệ lắng, Cm/Ks: 0,014-35,9
(tỷ lệ cao hơn cho thấy có cát).
Độ phân bố cỡ hạt đặc trưng của bùn đỏ (hạt mịn và hạt thô-cát) được trình bày tại
hình 2.
Số TT
Thành phần hóa học
%
1
Al
2
O
3
5-25
2
SiO
2
1-20
3
Fe
2
O
3
25-60
4
TiO
2
1-10
5
MKN (H
2
2
O và SiO
2
.
- Về thành phần cỡ hạt của bùn đỏ: Do bauxit trước khi đưa vào hòa tách phải
nghiền đến cỡ hạt nhỏ và do quá trình tự vỡ vụn nên bùn đỏ thường có cỡ hạt từ mịn
đến rất mịn. Đa phần bùn đỏ có cấp hạt 100% dưới sàng là 100 k, bùn đỏ (bauxit
Jamaica) cấp dưới sàng 44 k chiếm tới 90%.
13
- Pha lỏng của bùn đỏ: Pha lỏng của bùn đỏ được đặc trưng bởi thành phần hóa
học của 3 cấu tử Na
2
Ot (NaOH + Na
2
CO
3
), Na
2
Oc (NaOH) và Al
2
O
3
.
Cũng theo tài liệu đã dẫn ở trên, thành phần hóa học của pha lỏng có thể dao động
như sau:
Na
2
O
t
thải xuống nước (sông, biển) đã quá lỗi thời, hiện nay không sử dụng.
Những ưu nhược điểm của phương pháp thải bùn đỏ trên đất liền theo quan điểm cả
về kinh tế lẫn bảo vệ môi trường sẽ được tóm tắt dưới đây.
Phương pháp thải này gồm các nội dung:
- Lựa chọn địa điểm thích hợp cho bãi thải
Bãi thải bùn đỏ được xây dựng và vận hành thích hợp phải đáp ứng những yêu cầu
về an toàn, bảo vệ môi trường mà trước hết là bảo vệ chất lượng của nước ngầm và các
nguồn nước xung quanh, đồng thời đáp ứng dung tích thải của nhà máy về yêu cầu
kinh tế. Những vấn đề liên quan đến địa chất thủy văn và yêu cầu của quá trình công
nghệ của nhà máy alumin cần được xem xét. Sự hợp tác rất chặt chẽ của các nhà
chuyên môn, công nghệ, địa chất, địa chất thủy văn, các kỹ sư xây dựng, v.v là điều
cần thiết.
Điều kiện thuận lợi nhất là bãi thải bùn đỏ đặt ngay gần nhà máy alumin. Như vậy
chi phí vận chuyển bùn đỏ sẽ là ít nhất. Tuy nhiên, một khoảng cách nhất định giữa
nhà máy và bãi thải cũng cần phải được chú ý nhằm đáp ứng quy định của kiểm tra
môi trường.
Để chọn được địa điểm cần thiết phải có những số liệu đã nghiên cứu như: địa hình,
thủy văn, địa chất, động đất, gió và tính chất của đất, thêm nữa là số liệu về giá trị
nông nghiệp của địa điểm lựa chọn cũng như khả năng sử dụng đất. Những kế hoạch
phát triển của khu vực và những quy định của chính phủ và nhà chức trách cần phải
được xem xét. Trong bất cứ thời điểm nào với hầu hết mỗi nước đều có sẵn những kế
hoạch hoặc quy hoạch phát triển công nghiệp và xã hội của các khu vực. Đồng thời
14
còn có các thông tin về số liệu bảo vệ môi trường và bảo tồn thiên nhiên, vấn đề cung
cấp nước của khu vực, vấn đề nhà cửa đã có và vấn đề về vật liệu xây dựng, sông, hồ,
biển, nước ngầm là những vấn đề mà các nhà thiết kế phải biết trước và phân tích các
phương án khác nhau trong khi lựa chọn địa điểm cuối cùng và việc thiết kế xây dựng
bãi thải phải được chọn trên cơ sở những tính toán kỹ thuật và kinh tế, nhưng phải phù
hợp với quy định của nhà chức trách cũng như với người đặt hàng. Để chọn địa điểm
- Phương pháp thải bùn đỏ trên đất liền
Phương pháp thải ướt
Loại hình tối ưu nhất cho thải bùn đỏ ướt phải được xác định bởi các điều kiện cụ
thể của địa phương. Các phương án lựa chọn như sau: Thải vào khu vực được vây
quanh bằng đê; thải vào thung lũng có đập chắn; thải vào khu vực mỏ đã khai thác và
15
không còn sử dụng nữa. Có thể tóm tắt kỹ thuật thải vào thung lũng có đập chắn như
sau:
Nếu gần khu vực nhà máy có thung lũng thích hợp cho thải bùn đỏ và có thể đắp
đập chắn ngang lại thì có thể dùng làm bãi thải. Các điều kiện cụ thể cần phải xem xét
và tính đến là:
- Thung lũng có độ dốc tự nhiên của đáy.
- Có thể kiểm tra được việc thoát nước mặt.
- Chiều cao của đập có thể tạo ra bức chắn đủ an toàn.
- Đập không gây nguy hiểm cho các công trình xây dựng và khu định cư v.v
Để khẳng định được việc lựa chọn này cần có một loạt các nghiên cứu và thử
nghiệm như:
- Điều kiện địa chất thủy văn.
- Mặt cắt của các lớp đất đá.
- Độ thấm của đất đá.
- Khả năng cung cấp tại chỗ vật liệu cho xây đập.
Vấn đề động đất:
- Điều kiện khí hậu.
- Sự hoàn hảo của đá gốc (vết nứt, sự đứt đoạn).
- Dấu vết trượt của đất đá, v.v
Để tính toán kích thước của đập cần phải có các số liệu sau:
- Lượng bùn đỏ trong năm.
- Cân bằng nước của nhá máy alumin.
- Vận chuyển nước từ bãi thải.
Ưu điểm:
- Bùn đỏ khô đã được rửa và lọc tốt không làm ô nhiễm môi trường. Đồng thời
không cần thiết có lớp chống thấm đặc biệt.
- Độ ẩm của bùn đỏ tại bãi thải có thể giảm xuống dưới 30% do được phơi trong
không khí.
- Nước mưa không thâm nhập vào bùn đỏ, một phần nước mưa được bay hơi, phần
khác sẽ chảy đi không gây ra hậu quả do hàm lượng chất rắn của bùn đỏ cao. Hào bao
quanh bãi thải cần được xây dựng để dẫn nước mưa.
- Sau khi thải đầy bãi thải từ 2-3 tuần, người ta đã có thể đi lại trên bề mặt và sau 4-
5 tháng xe có thể chạy trên bề mặt. Đồng thời bùn đỏ rắn sau một thời gian nhất định
có thể được dùng vào việc hoàn thổ và như làm vật liệu xây dựng đập của bãi thải
hoặc các lĩnh vực xây dựng đê đập khác. Bãi thải đã hết bùn có thể lại được tiếp tục
chất bùn đỏ mới.
- Cùng một diện tích bãi thải, phương pháp này cho phép chất nhiều hơn từ 4-5 lần
so với phương pháp thải bùn đỏ dạng huyền phù không lọc.
Nhược điểm:
- Chi phí theo phương pháp này có thể cao hơn 30% so với phương pháp thải bùn
không lọc do nhu cầu năng lượng cao hơn cho khâu lọc, bơm và hóa chất làm dẻo và
xử lý ổn định bùn đỏ.
- Trong trường hợp bùn đỏ lọc quá chậm thì phương pháp này có thể không kinh tế
vì khi hoà tách ở nhiệt độ 145
o
C trong quy mô phòng thí nghiệm, bùn đỏ rất khó lọc.
Nếu muốn áp dụng phương pháp thải khô thì phải xem xét các tiêu chí nêu trên và cần
phải thực nghiệm khâu lọc. Tuy nhiên, do sự phát triển hiện nay giá đất sẽ ngày càng
cao nên phương án này có thể là một phương án kinh tế cần được xem xét kỹ để có thể
áp dụng.
17
1.5. Thiết bị trong hệ thống rửa và khử nước bùn đỏ
h;
hàm lượng chất rắn của bùn đỏ: 50-65% (độ ẩm: 35%); hàm lượng soda hòa tan được:
0,6-1,2%; tính ổn định của bùn đã loc: bùn dính.
- Thiết bị lọc áp lực, thiết bị lọc ép bằng tấm phẳng và khung
Hệ thống rửa bùn đỏ dòng chảy ngược được nối với máy ép lọc tại vài nhà máy
luyện trước những năm 30. Gần đây, thiết bị này được lắp đặt tại nhà máy luyện
alumin Gardanne, Pháp và nhà máy luyện alumin của công ty Aluminium de Greece.
Yếu điểm là: hoạt động không liên tục và năng suất thấp. Độ ẩm thấp khoảng 28 %, và
bùn đỏ có thể bốc xúc tốt.
- Thiết bị lọc Hyper Baric (Hi-Bar Filtration)
Thiết bị lọc Hyper Baric dựa vào tính biến hình thể lỏng/rắn của bùn đỏ, là hàm số
giữa áp lực tách và độ cứng của bùn đỏ được thể hiện ở sơ đồ hình 3.
18
Hinh 3: Biến hình thể lỏng/rắn của bùn đỏ phụ thuộc áp lực tách
Bùn đỏ dễ vỡ vụn có thể được vận chuyển, lưu cất và cải tạo lại dễ dàng. Điều kiện
đòi hỏi độ ẩm không được > 28%. Loại bùn đỏ này không còn mang tính giáp tuyến.
- Thiết bị vận chuyển bùn đỏ tới địa điểm lưu giữ
* Bơm ly tâm
Bơm ly tâm được sử dụng rộng rãi để vận chuyển dung dịch bùn đỏ từ thiết bị rửa.
Yếu điểm của bơm ly tâm là chỉ thoát nước từ đầu vòi khoảng 100 m mặc dù nó được
đấu nối tiếp.
* Bơm dung tích
Bơm này thường được sử dụng để vận chuyển dung dịch bùn đỏ từ thiết bị rửa hình
côn hoặc từ thiết bị lọc hình trống chân không nếu khoảng cách (tránh bị mất áp lực)
vừa phải. Bơm này là thiết bị kỹ thuật cao, đắt tiền, yêu cầu bảo dưỡng kỹ thuật cũng ở
mức độ cao.
* Vận chuyển bùn dạng cục
gây ô nhiễm hệ thống nước ngầm sau nhiều thập kỷ. Một vấn đề khác là bụi bốc lên từ
bề mặt bùn đỏ khô tại các địa điểm lưu giữ bùn đỏ.
Lưu giữ bùn đỏ bằng phương pháp trung hòa
Trung hoà bùn đỏ sẽ làm giảm tiềm năng tác động đến môi trường và cũng làm
giảm công việc quản lý khu bãi thải sau khi đóng cửa khu bãi thải. Trung hoà cũng là
cơ hội để tận dụng chất thải vì độ pH giảm đi.
Bùn đỏ đã được lưu giữ ở biển của Pháp, Hy Lạp và Nhật Bản từ nhiều năm. Nước
biển trung hoà tính kiềm của bùn đỏ. Mối quan ngại là phương pháp này có thể gây
nguy hại cho sinh vật biển. Áp dụng phương pháp này đã giảm đi trong vài năm qua,
và tiến tới sẽ dừng hẳn trong vài năm tới.
Thiêu kết bùn đỏ cũng là một phương pháp trung hoà, giữ lại được kiềm không cho
nó rò rỉ ra, tuy nhiên chi phí rất cao bởi tiêu thụ năng lượng rất lớn, không có hiệu quả
kinh tế. Ngoài ra còn có thể trung hoà bùn đỏ bằng axít và bằng xục khí carbon
dioxide và carbonate.
Thải khô bùn đỏ nhiều lớp
Phương pháp này được phát triển đầu tiên ở nhà máy alumin Burntisland, Scotland
năm 1941. Giulini GmbH ở Đức cũng là công ty đi đầu áp dụng phương pháp này.
Bùn đỏ khô cứng nhanh, đây được xem là chi phí hiệu quả và không gây ra ảnh hưởng
đến môi trường.
Các nhà máy luyện alumin của Alcoa tiếp nhận phương pháp này từ 1985. Bùn đỏ
đậm đặc trong dòng dung dịch đáy từ thiết bị rửa hoặc từ thiết bị cô đặc hoặc thiết bị
lọc ép chân không (để khử nước ra khỏi bùn đỏ) được bơm tới khu vực thải và được
trải thành những lớp trên diện tích bãi thải để khử nước bằng tháo khô và bay hơi dưới
ánh nắng mặt trời, phương pháp này làm cho bùn đỏ khô cứng tới 72% so với 52% của
phương pháp thải bùn đỏ ra ao để khô.
20
Tại các địa điểm áp dụng công nghệ thải khô nhiều lớp, người ta áp dụng 2 lớp
chống thấm. Ở đáy một lớp đá sét nén chặt dày 600 mm, lớp này có thể thay bằng một
lớp sét tổng hợp địa kỹ thuật. Lớp chống thấm trên là tấm màng plastic, làm bằng
nếu rửa bằng nước nóng. Loại thiết bị này tạo ra loại bùn đỏ ít sinh bụi và không thấm
nước mưa nhiều.
* Trung hòa bùn đỏ từng phần
Kết quả phát triển trong 20 năm vừa qua chứng tỏ bùn đỏ có thể trung hoà một phần
với những tác nhân khác nhau, trong đó có nước biển hoặc thạch cao. Sản phẩm từ
trung hoà không độc hại và có nhiều tính ưu việt như sau: Khả năng trung hoà axít;
hấp thụ các kim loại nặng độc hại; bài thải asen và xyanua cao.
Nhiều ứng dụng ở qui mô thử nghiệm và thương mại: Xử lý tháo khô mỏ axit; tháo
khô đất đá axit; xử lý quặng đuôi mỏ chứa sulphidic, đất đá thải và đất nhiễm axit
sulphate; sản xuất chất cản cho việc kiểm soát chất thải chứa nhiều kim loại vi lượng
và axit; xử lý trầm tích biển có sulphidic được dùng là đất san lấp; tách phốt phát ra
khỏi nước hoặc nước bẩn thành phố; dùng làm chất cải tạo đất nhằm nâng khả năng
giữ được nước và phốt pho, qua đó giảm lượng phân bón cần thiết; tách asen và các
kim loại độc hại khác khỏi nước uống và nước thải; xử lý sự rò thoát nước tại các nơi
chứa nước thải công nghiệp và dân dụng; xử lý chất thải chứa nhiều crôm từ nhà máy
thuộc da.
Phần lớn chất phốt phát được tách ra khỏi nước có thể tiếp cận với cây trồng, vì thế
nguyên liệu thu được từ việc tách phốt phát có thể được tận dụng là chất cải tạo đất.
Kim loại độc hại nằm trong bùn đỏ đã xử lý và nó không tiếp cận được với cây trồng.
* Chu trình ILTP
Chu trình hoà tách ở nhiệt độ thấp đã được cải tiến (ILTP) đem lại những ưu việt
sau đây so với chu trình hoà tách ở nhiệt độ thấp thông thường (CLTP): Không cần
thiết phải có giai đoạn tiền khử silíc; giảm khoảng 50% tổn thất NaOH liên kết hóa
học; giảm 5-10% tiêu thụ bauxit; tỷ lệ hoà tách cao hơn, tới 10-20%; giảm tiêu hao
nhiệt 10-20%; năng suất dung dịch Bayer cao hơn, tới 10-20%, trong công đoạn kết
tủa; thực tế là khối lượng alumin tối đa có thể thu được từ dung dịch đến hoà tách;
giảm đáng kể silica và vài chất nhiễm khác trong alumin (ước tính giảm 20-40%);
giảm hàm lượng soda trong bùn đỏ tới 70-90%; đưa ra khả năng tận dụng từng phần
bùn đỏ chứa ít soda; đưa ra khả năng sản xuất sản phẩm DSP là sản phẩm phụ mới để
bán ra thị trường hoặc chuyển đổi nó thành sản phẩm có giá trị gia tăng như là zeolite
magnesium hòa tan hết vào nước biển, sau đó đổ nước đó ra biển. Nhược điểm
này đã được công nghệ Bauxsol khắc phục bằng cách phát triển một phương pháp
rẻ hơn, nhanh hơn là sản xuất ra một nguyên liệu thô gọi là Bauxsol. Bauxsol
chính là bã thải bùn đỏ đã được trung hòa bằng nước biển một cách chính xác
theo đặc tính kỹ thuật của Virotec sao cho nó có đặc tính thành phần phù hợp cho
phản ứng với môi trường, có thể bảo quản và vận chuyển an toàn và dễ dàng.
Bauxsol tinh khiết là một hợp chất gồm nhiều khoáng vật trộn lẫn. Thành phần
chính xác của nó phụ thuộc vào thành phần của quặng bauxit, công nghệ luyện,
quá trình trung hòa bùn đỏ có chứa xút của mỗi nhà máy alumin, và chất pha trộn
được lựa chọn. Các chất pha trộn có thể được chuẩn bị bằng cách cho thêm một
lượng khoáng vật tự nhiên hoặc các hợp chất hóa học khác để trở thành một hỗn
hợp bazơ có thể thực hiện xử lý cho các loại chất gây ô nhiễm khác nhau. Bauxsol
tinh khiết có khả năng trung hòa axit cao (2.5 tới 7.5 mol axit/kg Bauxsol, tùy
thuộc công nghệ dùng trong nhà máy luyện) và có khả năng tách kim loại (với
hàm lượng vết) rất cao (thường lớn hơn 1.000 ml kim loại tương đương/kg
BauxsolT). Nó cũng có khả năng để tách và lưu giữ phốt phát và một số hợp chất
hóa học khác.
Vì tính chất quặng bauxit thường khác nhau nên công nghệ alumin trong mỗi
nhà máy cũng khác nhau vì vậy phải lựa chọn cho phù hợp với đối tượng quặng.
Công nghệ Bauxsol đồng thời cung cấp một mô đun máy tính về địa hóa cho phép
tính toán nhanh các yêu cầu về trung hòa cho bất cứ loại bùn đỏ có tính kiềm nào,
23
bất cứ loại chất rắn nào có trong bã thải và thành phần hiệu quả kinh tế của các
chất trung hòa sẵn có (nhưng không hạn chế: nước biển, dung dịch nước muối,
hoặc nước ngầm mặn và cứng, các cây leo ở hồ nước mặn, các cây leo mọc ở bãi
thải). Mô đun máy tính có thể ứng dụng cho bất cứ nhà máy luyện alumin nào trên
thế giới, đảm bảo đây là phương pháp kinh tế nhất để trung hòa bã thải của quá
trình luyện và là phương pháp sử dụng nguyên liệu thô tái sinh sẵn có của
Virotec.
24
II. KINH NGHIỆM PHỤC HỒI VÀ BẢO TỒN KHU VỰC CHỨA BÃ THẢI
BAUXIT
Những chú ý trong quá trình khai thác bauxit và xử lý bùn đỏ:
Vấn đề khai thác:
Khai thác bauxit là việc sử dụng tạm thời đất đai.
Các kế hoạch quản lý toàn diện cần phải được phát triển và thực hiện để đảm
bảo hạn chế đến mức thấp nhất các tác động đến môi trường và cộng đồng.
Những khu vực đã khai thác có thể được phục hồi tốt và được trả lại cho việc sử
dụng có hiệu quả sau khi khai thác kết thúc.
Phục hồi và quản lý môi trường khai thác tốt nhất đòi hỏi nỗ lực nghiên cứu
khoa học và phát triển toàn diện tập trung vào các yêu cầu cụ thể của địa
phương và môi trường.
Vấn đề bã thải bauxit:
Một chương trình phát triển bền vững đối với bã thải bauxit vạch ra những mục
tiêu rõ ràng về bảo vệ môi trường.
Lưu giữ hoàn toàn bã thải bauxit là giải pháp tối thiểu có thể chấp nhận được về
mặt môi trường đối với các nhà máy sản xuất alumin.
Tồn tại công nghệ để làm giảm độ pH của bã thải. Chi phí vận hành và vốn tăng
nhưng được bù đắp bằng việc giảm thiểu những rủi ro về môi trường và an
toàn, phục hồi dễ dàng hơn và vận hành được cải thiện.
Tồn tại công nghệ để phục hồi những khu chứa bã thải bauxit. Đối với phục hồi
khu chứa bã thải bauxit, cần có một chương trình nghiên cứu và phát triển toàn
diện tập trung vào các yêu cầu cụ thể.
2.1. Các nguyên tắc và ưu tiên trong sản xuất alumin từ bauxit của Công ty Alcoa
Hai khía cạnh quan trọng của Alcoa, Hoa kỳ gắn liền với khai thác bauxit và sản
xuất alumin đó là:
Khía cạnh thứ nhất: phục hồi và bảo tồn khu vực khai thác bauxit.
Khía cạnh thứ hai: lưu giữ và phục hồi khu chứa bã thải bauxit, một chất thải từ quá
trình sản xuất alumin.
cùng thời điểm đó một số khu vực đang được khai thác và một số khu vực khác đang được
phục hồi.
Khu vực đã được khai thác có thể được phục hồi để trở về cảnh quan tự nhiên giống như
đã từng tồn tại trước khi khai thác (như rừng), hoặc có thể được phục hồi cho việc sử dụng
hiệu quả đất đai mới (như canh tác nông nghiệp). Cách thức phục hồi cần được xác định
bằng việc tham vấn chính quyền và đại diện của cộng đồng địa phương liên quan. Một lưu ý
quan trọng là việc phục hồi hiệu quả cần có sự hỗ trợ của một chương trình nghiên cứu và
phát triển phù hợp.
Chương trình nghiên cứu và phát triển này có thể được xây dựng với sự cộng tác
của các trường đại học địa phương hoặc các tổ chức nghiên cứu của chính phủ. Mục
tiêu của chương trình nghiên cứu và phát triển này là nhằm quyết định một phương
thức có hiệu quả kinh tế nhất nhằm đạt được mục tiêu phục hồi mong muốn. Khi cách
phục hồi mong muốn đã được nhất trí, thì việc xây dựng tiêu chuẩn về chất lượng phục
hồi cần phải hoàn thành trước khi trả lại việc sử dụng đất cho chính quyền hoặc cộng
đồng. Về cơ bản, chính quyền liên quan sẽ khảo sát khu vực đất đã được phục hồi để
xác nhận là các tiêu chuẩn đề ra đã được đáp ứng.
Các ưu tiên quản lý môi trường khai thác:
Trong hoạt động khai thác, cần thiết phải thiết lập các ưu tiên quản lý môi trường,
và tiến hành các kế hoạch quản lý môi trường để quản lý các tác động. Các ưu tiên môi
trường của Alcoa trong khai thác là:
Bảo vệ và phục hồi sự đa dạng sinh học;
Sử dụng tài nguyên một cách hiệu quả;
Ngăn chặn ô nhiễm;
Copyright: Tài liệu đại học ©