BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT
BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT
NGHIỆP
“NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CHẤT THẢI BÙN ĐỎ TỪ
QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT BAUXIT LÀM CHẤT HẤP PHỤ
ION Zn
2+
TRONG NƯỚC THẢI”
ĐỊA ĐIỂM THỰC TẬP: PHÒNG THÍ NGHIỆM BỘ MÔN LỌC - HÓA DẦU
THỜI GIAN THỰC TẬP: 09/06/2014 ĐẾN 20/07/2014
Cán bộ hướng dẫn Sinh viên: Lê Văn Bắc
TS. Tống Thị Thanh Hương Lớp: Lọc Dầu A - K54HĐ
Mã số sinh viên: 0964040006
Hà Nội – 9/2014
Báo cáo tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - Địa chất
Quá đợt thực tập tốt nghiệp tại bộ môn Lọc Hóa - Dầu và tìm đề tài làm đồ
án tốt nghiệp. Không chỉ giúp em hệ thống lại kiến thức mình đã học mà em còn
giúp em mở rộng kiến thức của mình sang các mảng, các lĩnh vực khác nhằm tìm
kiếm đề tài làm đồ án tốt nghiệp. Cho phép em được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến
những Thầy Cô giáo trường Đại học Mỏ Địa Chất nói chung, và những Thầy Cô
giáo trong Khoa Dầu Khí, trong bộ môn Lọc Hóa - Dầu nói riêng. Đặc biệt là cô
Ts.Tống Thị Thanh Hương đã hướng dẫn, chỉ bảo tận tình, chu đáo và định
hướng cho em trong suốt quá trình thực tập tốt nghiệp.
Em xin trân trọng gửi đến quý thầy cô những lời chúc tốt đẹp nhất.
Trong quá trình thực tập tốt nghiệp, cũng như làm báo cáo do vốn kiến thức
còn hạn chế nên không thể tránh khỏi những sai sót. Kính mong được sự quan tâm
và đóng góp ý kiến của quý thầy cô giáo.
Em xin chân thành cảm ơn!
Nam hầu như chưa có biện pháp hữu hiệu để xử lý cũng như tận dụng nguồn chất
thải này. Mặc dù, bên trong bùn đỏ có chứa một số thành phần hóa học rất hữu ích
cho các ngành công nghiệp khác như: công nghiệp thép, công nghiệp xi măng, vật
liệu xây dựng nhẹ…[12].
Bên cạnh đó ô nhiễm môi trường nước hiện nay vẫn là một vấn đề được toàn
xã hội quan tâm. Cùng với sự gia tăng các hoạt động công nghiệp là việc sản sinh
các chất thải nguy hại, tác động tiêu cực trực tiếp đến sức khỏe con người và hệ sinh
thái. Các hoạt động khai thác mỏ, công nghiệp thuộc da, công nghiệp điện tử, mạ
điện, lọc hóa dầu hay công nghệ dệt nhuộm…, đã tạo ra các nguồn ô nhiễm chính
chứa các kim loại nặng độc hại Trong đó phải kể đến ion Zn
2+
. Zn là dinh dưỡng
thiết yếu nhưng nó sẽ gây ra các chứng bệnh nếu thiếu hụt cũng như dư thừa. Zn
Sv: Lê Văn Bắc Page 4
Báo cáo tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - Địa chất
còn có khả năng gây ung thư, gây ngộ độc hệ thần kinh, sự nhạy cảm, sự sinh sản,
gây độc đến hệ miễn nhiễm [5,13].
Để xử lý các kim loại nặng và màu trong nước thải nói chung và ion Zn
2+
nói
riêng thì có rất nhiều phương pháp, trong đó phương pháp hấp phụ được đánh giá là
một phương pháp hữu hiệu. Hiện nay, hướng nghiên cứu các vật liệu hấp phụ là chế
tạo các vật liệu hấp phụ giá thành thấp, thân thiện với môi trường và được chế tạo
từ các chất thải. Xuất phát từ những yêu cầu thực tiễn trên nên em chọn hướng
nghiên cứu:“Nghiên cứu ứng dụng chất thải bùn đỏ từ quá trình sản xuất bauxit
làm chất hấp phụ ion Zn
2+
”. Việc nghiên cứu đề tài này sẽ giải quyết được hai vấn đề:
− Giảm được lượng chất thải của quá trình khai thác, chế biến Bauxite.
− Làm giảm giá thành sản xuất chất hấp phụ cho xử lý môi trường.
2
O
3
là thành phần chính của quặng.
1.1.2 Tình hình khai thác và sản xuất bauxite ở Việt Nam và trên thế giới.
1.1.2.1 Tình hình khai thác và sản xuất bauxit trên thế giới.
Theo công bố của cục khảo sát địa chất Mỹ vào tháng 1 năm 2009 thì tiềm năng
bauxite của toàn thế giới khoảng 55 – 75 tỷ tấn, phân bố trên các châu lục như bảng 1.1 [12].
Bảng 1.1 Phân bố các trữ lượng ở các Châu lục
STT Châu lục Tỷ lệ phân bố (%)
1 Châu Phi 33
2 Châu Đại Dương 24
3 Châu Mỹ và Carribe 22
4 Châu Á 15
5 Các nơi khác 6
Trên thế giới có khoảng 40 nước có bauxit, trong đó những nước có tiềm
năng lớn hàng đầu được trình bày ở bảng 1.2:
Bảng 1.2 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
Ứng dụng chủ yếu của Bauxite là làm nguyên liệu cho công nghiệp luyện
nhôm. Ngành công nghiệp sản xuất nhôm kim loại tiêu thụ khoảng 85% quặng
oxit) 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 1.4 Dự báo về thị trường alumin đến năm 2020 [14]
Đơn vị: Triệu tấn
2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2020
Sản
lượng
97,7 100,5 104,0 107,0 113,4 118,3 126,8 129,3 148,7
Nhu
cầu
95,7 99,4 101,8 107,5 113,1 118,8 127,1 130,3 148,3
Thừa/T
hiếu
2,0 1,1 2,1 -0,5 0,3 -0,5 -0,3 -1,0 0,4
Sv: Lê Văn Bắc Page 7
Báo cáo tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - Địa chất
1.1.2.1 Tình hình khai thác và chế biến Bauxit ở Việt Nam.
Việt Nam được xác định là một trong những nước có nguồn tài nguyên
bauxit vào loại lớn trên thế giới, tổng trữ lượng và tài nguyên dự báo khoảng 5,5 tỷ
tấn, trong đó khu vực miền Bắc khoảng 91 triệu tấn, còn lại tập trung chủ yếu ở
khu vực miền Nam khoảng 5,4 tỷ tấn (chiếm 98% tổng trữ lượng cả nước), trong đó
gồm Đăk Nông khoảng 3,42 tỷ tấn (chiếm 60% tổng trữ lượng); Lâm Đồng
(Tỉnh lâm Đồng) với công suất 600.000 tấn/năm [15].
1.1.2. Quy trình Bayer – Nguồn gốc sinh ra bùn đỏ.
Từ khi được phát minh đến nay, công nghệ Baye vẫn chiếm chủ đạo trong
công nghiệp sản xuất alumin 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.
Hiện nay, trên thế giới vẫn tồn tại 2 công nghệ Bayer sản xuất alumin từ
bauxit. Công nghệ bayer Châu Âu và công nghệ bayer Châu Mỹ. Bauxit dạng gipxit
(hydratgilit) dễ dàng tách thì chỉ cần áp dụng công nghệ Bayer của Châu Mỹ, bauxit
khó hòa tách như bơmit hay diaspor thường phải áp dụng công nghệ Bayer của
Châu Âu hoặc kết hợp công nghệ Bayer với thiêu kết hoặc thiêu kết đối với bauxit
diaspor chứa nhiều silic.
Bùn đỏ là chất thải sinh ra từ quá trình sản xuất nhôm bằng quy trình Bayer.
Bản chất của phương pháp Bayer là việc sử dụng dung dịch kiềm đặc NaOH ở nhiệt
độ cao để hòa tan chọn lọc các khoáng vật nhôm hidroxit có trong quặng bauxit,
được tóm tắt trong các phương trình 1.1, 1.2, 1.3 dưới đây. Nhiệt độ của phản ứng
còn tùy thuộc vào thành phần của gibbsite (γ-Al(OH)
3
), boehmite (γ-Al(O)OH), và
diaspore (α-Al(O)OH) trong quặng bauxit. Bauxit có hàm lượng gibbsite cao thì đòi
hỏi nhiệt độ hòa tách thấp hơn (khoảng 145 – 175
o
C), trong khi với hàm lượng
boehmite và diaspore cao thì cần hòa tách ở nhiệt độ cao hơn (khoảng 175 – 245
o
C)
và nồng độ kiềm mạnh hơn.
Hòa tách:
Al(OH)
3(s)
+ NaOH
Tạo alumin:
2Al(OH)
3(s)
Al
2
O
3
+ 3H
2
O (1.4)
Sản phẩm của quy trình tạo ra dung dịch natri aluminat và phần bã rắn không
tan (gồm 45% dịch lỏng và 55% cặn bùn), hay còn gọi là bùn đỏ, được tách ra bằng
Sv: Lê Văn Bắc Page 9
Báo cáo tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - Địa chất
phương pháp lắng gạn. Thông thường cứ mỗi tấn nhôm được sản xuất ra thì có
khoảng 1 – 1.5 tấn bùn đỏ, do đó lượng bùn đỏ thải ra hàng năm là rất lớn. Bùn đỏ
có độ kiềm rất lớn (pH khoảng 10 – 13) nên đòi hỏi phải trung hòa về pH < 9 (tốt
nhất là khoảng 8.5 – 8.9) trước khi được thải ra môi trường. Phần dung dịch lỏng
của bùn đỏ vẫn còn chứa một lượng tương đối cao aluminium và một số anion của
kim loại chuyển tiếp khác. Một số trong số chúng có thể gây hại cho môi trường, do
đó chúng phải được loại bỏ trước khi thải vào môi trường.
Sơ đồ nguyên lý dây chuyền công nghệ kiềm Bayer được giới thiệu trong
hình dưới đây:
Hình 1.2 Sơ đồ công nghệ sản xuất alumin theo phương pháp kiềm Bayer
Sự khác nhau về tính chất lý, hóa và khoáng vật của bùn đỏ là do nguồn
quặng bauxit và quá trình hòa tách được sử dụng. Nhìn chung, thành phần của bùn
đỏ còn chủ yếu là các sắt oxit (hematite, goethite), boehmite, một số aluminium hydroxit,
canxi oxit, titan oxit (anatase và rutile), thạch anh, sodalite. Những thành phần này giúp
cho bùn đỏ có độ bền hóa học và giúp tạo nên bùn đỏ có độ hoạt động bề mặt cao
Sv: Lê Văn Bắc Page 10
+ 3OH
-
(1.4)
FeOOH + 3H
+
Fe
3+
+ 2H
2
O (1.5)
Sv: Lê Văn Bắc Page 11
Báo cáo tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - Địa chất
0.5 αFe
2
O
3
+ 2.5H
2
O Fe(OH)
4
-
+ H
+
(1.6)
Các nhóm chức hidroxyl bề mặt là những tâm hoạt động ở bề mặt chất rắn
trong môi trường nước. Chúng giữ nguyên một cặp điện tử cũng như là một nguyên
tử hidrogen liên kết mà có thể phản ứng được với cả axit lẫn bazơ, do đó làm cho
các oxit sắt có tính lưỡng tính. Xem hình (1.7), (1.8).
FeOH
2
chất hấp phụ. Đó là hấp phụ hóa học, hấp phụ trao đổi ion. Các ion chất hấp phụ đặc
trưng làm thay đổi điện tích bề mặt trên oxide và do đó tạo nên sự thay đổi PZC. Và
chúng thường gắn chặt và không dễ bị thay thế. Các anion hấp phụ đặc trưng trên
các oxit sắt là phosphate, silicate, selenate, arsenate, chlorite, fluorite, citrate,
Sv: Lê Văn Bắc Page 12
Báo cáo tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - Địa chất
oxalate. Sự hấp phụ anion ở bất kỳ pH nào sẽ tăng khi tăng khi tăng nồng độ chất bị
hấp phụ. Sự hấp phụ đạt cực đại ở pH thấp và giảm khi tăng pH ngoại trừ silicate.
Sự hấp phụ cation trên oxit sắt cũng diễn ra đặc trưng lẫn không đặc trưng và
thường nhanh chóng ở thời điểm đầu, nhưng sự hấp phụ kim loại vết có thể tiếp tục
tăng nhiều ngày với nhiều lần để đạt cân bằng. Sự hấp phụ Ni, Zn, Cd trên goethite
tăng nhiều ngày với nhiều lần để đạt cân bằng. Sự hấp phụ Ni, Zn, Cd trên goethite
tăng khi thời gian phản ứng trên tăng từ 2 giờ - 42 ngày. Sự hấp phụ trên goethite
thường xảy ra ở pH trong khoảng 3 – 8.5.
1.2.2.2 Khoáng silica.
Phần tạp chất chính trong Bauxit là những hợp chất của silic, sắt và titan.
Silica hiện diện trong kaolinite (Al
2
O
3
.2SiO
2
.2H
2
O) và halloysite (Al
2
O
3
.2SiO-
3
, hay hỗn hợp của tất cả phụ thuộc và độ tinh
khiết trong dung dịch hòa tách.
Bảng 1.5 Thành phần của bùn đỏ sinh ra từ các nhà máy sản xuất nhôm ở các
nước trên thế giới [14]
Quốc gia Nhà máy
Thành phần chính (% khối lượng)
Fe
2
O
3
Al
2
O
3
TiO
2
SiO
2
Na
2
O
Australia
USA
India
China
Hungary
Jamaica
Surinam
ALCOA
Mobile
15.2
14.2
19.0
3.5
10.11
4.5
28.0
5.12
17.2
22.5
3.3
2.45
4.6
6.87
12.15
19.9
11.14
4.5
2.56
6.74
5.7
5.0
6.84
8.44
13.89
10.15
3.4
11.9
1.0-2.0
2.0
2
g
-1
. Việc tăng diện tích
bề mặt sau khi xử lý axit cho thấy bùn đỏ đã bị tan một phần và có thể là cancrinte
(một dạng sodium aluminosilicate) khi mà khối lượng giảm 9% sau khi trung hòa.
Chevedoz và đồng sự đã nghiên cứu tính chất bề mặt của bùn đỏ bằng cách
chuẩn độ điện thế, và thấy rằng có 3 vùng tồn tại, xem hình 1.4, do cơ chế tồn tại
khác biệt nhau. Hạt bùn đỏ có thể lấy H
+
mà không làm thay đổi pH trong vùng I do
sự hiện diện của ion hidroxit tự do phản ứng với proton, sau đó những nhóm
hydroxyl bề mặt sẽ bị ion hóa. Tuy nhiên, một lượng nhỏ nhóm hydroxyl bề mặt
được tìm thấy có dư một proton trong vùng này. Điểm uồn giữa vùng I và vùng II
đại diện cho hạt bùn đỏ trong dung dịch nước cơ bản đang mang nhóm hydroxyl bề
mặt bị ion hóa (S-O
-
) lấy proton. Khi pH trung tính, vùng II, tất cả ion hidroxit tự do
đã phản ứng với proton được thêm vào vữa bùn và sau đó proton đó tiếp tục bị phản
ứng bởi các nhóm hydroxyl bề mặt và kết quả là làm pH không đổi. Khi mà tất cả
nhóm hydroxyl bề mặt bị trung hòa, điểm cuối của vùng II, sự tích tụ proton trong
dung dịch đã gây ra một bước nhảy của pH, vùng III.
Sv: Lê Văn Bắc Page 14
Báo cáo tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - Địa chất
Hình 1.6 Đường cong chuẩn độ của vữa bùn đỏ và dung dịch kiềm
Lượng nhóm hydroxyl bề mặt tỷ lệ với thành phần silica hoạt tính trong
nguồn Bauxit. Sodalite là một hợp chất kiểu zeolit với diện tích bề mặt cao, có
nhiều tâm nguyên tử oxygen có khả năng phản ứng với proton. Chevedov [11] đã
ước lượng số nhóm hydroxyl bề mặt trên bùn đỏ và đã đề nghị rằng có một lượng
lớn sodalite trên bề mặt bùn đỏ.
làm tăng điện tích dương trên bề mặt.
1.2.3. Phương pháp thải[15].
Các nhà máy alumin thường lưu giữ bùn đỏ ở những chỗ được gọi là bãi thải
bùn đỏ. Tuy nhiên, phương pháp lưu giữ của các nhà máy thường rất khác nhau. Đã
từng có hai phương pháp thải bùn đỏ: Thải trên đất liền và thải xuống nước
Sv: Lê Văn Bắc Page 15
Báo cáo tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - Địa chất
1.2.3.1 Thải xuống nước.
Thải xuống nước (ra biển, sông suối hoặc các đầm phá ven biển) đã quá lỗi
thời. Hiện nay trên thế giới đã không sử dụng do nó phá hủy hoàn toàn môi trường
sống của các sinh vật biển.
1.2.3.2 Thải trên mặt đất.
Thải trên mặt đất (đất bằng hoặc các thung lũng có bờ bao). Phương pháp
này gây ít ô nhiễm hơn nên dươc ứng dụng nhiều.
Thải trên mặt đất lại có 2 cách:
a. Thải khô.
Là bơm bùn với hàm lượng rắn thấp hơn ra bải thải, đỡ tốn kém, thích hợp
với các vùng có thung lũng cả mỏ đã khac thác, những nơi mưa nhiều. Điều này khá
phù hợp với khu vực Tây Nguyên. Vì ở Tây Nguyên nước ta có lượng mưa gấp gần
4 lần lượng bốc hơi: lượng mưa 2400 mm, lượng bốc hơi 650 mm.
b. Thải ướt.
Là bùn đỏ với hàm lượng rắn cao, tiết kiệm diện tích, nhưng tốn kém và
phức tạp hơn, thích hợp với bải phẳng và những nơi ít mưa, bốc hơi nhiều. Điều này
không phù hợp với điều kiện các khu vực có lượng mưa lớn, như các tỉnh ở Tây
Ưu, nhược điểm của phương pháp thải khô
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.
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.
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 polyethyene có tỷ trọng cao (HPDE), có chiều dày khoảng 1,5-1,75mm,
chất này có độ bền rất tốt trong môi trường soda nồng độ cao và trong môi trường
pH. Tất cả các biện pháp này đảm bảo tốc độ thấm nước < 10-7 - 10-12 cm/s.
Thông số này đáp ứng yêu cầu về chống rò rỉ từ việc chôn cất chất thải nguy hại của
châu Âu và Hoa Kỳ.
Người ta còn thiết lập một mạng ống trên nền chống thấm ở bãi thải, trên
thành ống có nhiều lỗ; rồi phủ lên ống một lớp cát dày 0,8-1m. Nước bùn đỏ thấm
xuống tạo thành lớp nước ngập trên nền chống thấm, rồi ngấm vào các ống qua các
lỗ. Nước trong ống được thu gom và bơm lên.
Bùn đỏ dạng vụn (không ngấm nước) hoặc bùn đỏ đậm đặc của dòng đáy do
công nghệ thải khô nhiều lớp sản xuất ra rất khó thấm nước ngay cả lúc trời mưa.
Sv: Lê Văn Bắc Page 17
Báo cáo tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - Địa chất
Trong những năm 70, 70-80% bùn đỏ được lưu giữ bằng phương pháp ướt (tại
các ao hồ), số còn lại lưu giữ trong biển ở 10 nhà máy luyện alumin lớn ở Hoa Kỳ,
Australia và châu Âu. Cho tới nay, bùn đỏ được thải ở dạng lỏng chiếm 66%, thải
bằng phương pháp khô nhiều lớp chiếm gần 1/3.
Hình 1.7 Sơ đồ thải khô nhiều lớp của Alcoa [3]
1.2.4.Tác động về môi trường.
Bùn đỏ có 2 nguy cơ:
− Thứ nhất là sự độc hại tức thời: trong bùn có xút (từ 3 đến 12 kg xút cứ mỗi tấn
Các nghiên cứu của các nhà Khoa học Séc [13], cũng đưa ra để sản xuất gạch
không nung, bằng cách trộn bùn đỏ với xi măng và đá vôi theo tỷ lệ thích hợp, tính
chất cơ lý của gạch được chế tạo từ bùn đỏ tương đương với gạch Block M100 theo
tiêu chuẩn Việt Nam, đây là phương án khả thi có thể áp dụng được cho Việt Nam.
Các kết quả nghiên cứu của các nhà Khoa học Hy Lạp đã đưa ra phương án
sử dụng bùn đỏ thành vật liệu làm đường, kết quả cho thấy khi sử dụng tỷ lệ 60%
bùn đỏ và 40% đất cấp phối thì khả năng chịu lực của nền đường là tương đương
với nền đất tự nhiên, đây cũng là phương án cần được quan tâm khi sử dụng tái chế
bùn đỏ ở Việt Nam [26].
Trong bã thải bùn đỏ vẫn còn một số kim loại có giá trị và đã được nghiên
cứu thu hồi lại như là Al, V, Ga, Ti, Sc. Một kết quả nghiên cứu của Mỹ về việc tái
sử dụng bùn đỏ bằng cách thủy phân bùn đỏ trong axit sunphuric để thu hồi Ti và
nhôm còn dư trong bùn đỏ, sau đó cặn thải trong quá trình thu hồi Ti được đưa vào
trung hòa kiềm còn dư trong bùn đỏ. Tuy nhiên phương án này chỉ phù hợp với
những quặng bauxit có hàm lượng Ti lớn trên 10%, còn đối với quặng bauxit Việt
Nam, hàm lượng TiO
2
chỉ khoảng 7% do đó phương án này không thể áp dụng
được ở Việt Nam.
Một trong những ứng dụng quan trọng của bùn đỏ là cải tạo thành đất trồng
trọt, giúp hoàn nguyên đất vùng khai thác. Tác giả Nguyễn Mạnh Hùng [12] đã
nghiên cứu giải pháp trung hòa bùn đỏ bằng tác nhân hữu cơ từ các nguồn phế thải
công nghiệp và than bùn để tạo nền đất trồng mới có các tính chất nông hóa thích
hợp.
Sv: Lê Văn Bắc Page 19
Báo cáo tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - Địa chất
Bùn đỏ cũng được sử dụng làm nguyên liệu cho việc sản xuất gốm sứ, bột
màu, sơn: do hàm lượng oxit sắt cao, bùn đỏ dùng làm chất tạo màu cho gạch, bê
tông, sơn, thủy tinh.
Ứng dụng làm chất hấp phụ xử lý nước: hấp phụ các anion như F
MgO Na
2
O K
2
O CO
2
49,45
%
17,58% 2,08% 2,99% 0,26% 0,05% 0,05% 0,32%
Bã thải của quy trình Bayer ở dạng rắn rất mịn, được thải ra khỏi quy trình
cùng với pha lỏng và có màu đỏ nên được gọi là bùn đỏ. Màu và độ màu của bùn đỏ
là do hàm lượng của Fe
2
O
3
quyết định.
Tính chất của bùn đỏ: Tùy theo hàm lượng nước còn lại trong bùn ở trạng
thái lỏng, dẻo, bán rắn hay rắn. Bùn đỏ của nhà máy hóa chất Tân Bình ở dạng vữa
loãng, tỉ lệ phần trăm pha rắn khoảng 20%, độ hạt rất mịn, khi phơi khô bùn có độ
ẩm 4.17%, tỷ trọng 3.37 g/cm
3
, diện tích bề mặt riêng 28.36 g/cm
3
. Bùn có màu từ
đỏ cam đến nâu với pH 11.7 – 12.5.
1.3. NƯỚC THẢI CÓ CHỨA KIM LOẠI NẶNG [5,13].
1.3.1 Định nghĩa và nguồn phát sinh kim loại nặng.
Kim loại nặng là những kim loại có tỷ trọng lớn hơn 5g/cm
3
và thông thường
thể sinh vật sau nhiều năm (Shahidul & Tanaka, 2004). Đối với con người, có
khoảng 12 nguyên tố kim loại nặng gây độc như chì, thủy ngân, nhôm, arsenic,
cadmium, nickel… Một số kim loại nặng được tìm thấy trong cơ thể và thiết yếu
cho sức khỏe con người, chẳng hạn như sắt, kẽm, magnesium, cobalt, manganese,
molybdenum và đồng mặc dù với lượng rất ít nhưng nó hiện diện trong quá trình
chuyển hóa. Tuy nhiên, ở mức thừa của các nguyên tố thiết yếu có thể nguy hại đến
đời sống của sinh vật (Foulkes, 2000). Các nguyên tố kim loại còn lại là các nguyên
tố không thiết yếu và có thể gây độc tính cao khi hiện diện trong cơ thể, tuy nhiên
tính độc chỉ thể hiện khi chúng đi vào chuỗi thức ăn. Các nguyên tố này bao gồm
thủy ngân, nickel, chì, arsenic, cadmium,nhôm,platinum và đồng ở dạng ion kim
Sv: Lê Văn Bắc Page 21
Báo cáo tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - Địa chất
loại. Chúng đi vào cơ thể qua các con đường hấp thụ của cơ thể như hô hấp, tiêu
hóa và qua da. Nếu kim loại nặng đi vào cơ thể và tích lũy bên trong tế bào lớn hơn
sự phân giải chúng thì chúng sẽ tăng dần và sự ngộ độc sẽ xuất hiện (Foulkes,
2000). Do vậy người ta bị ngộ độc không những với hàm lượng cao của kim loại
nặng mà cả khi với hàm lượng thấp và thời gian kéo dài sẽ đạt đến hàm lượng gây
độc. Tính độc hại của các kim loại nặng được thể hiện qua:
− Một số kim loại nặng có thể bị chuyển từ độc thấp sang dạng độc cao hơn trong một
vài điều kiện môi trường, ví dụ thủy ngân.
− Sự tích tụ và khuếch đại sinh học của các kim loại này qua chuổi thức ăn có thể làm
tổn hại các hoạt động sinh lý bình thường và sau cùng gây nguy hiểm cho sức khỏe
của con người.
− Tính độc của các nguyên tố này có thể ở một nồng độ rất thấp khoảng 0.1-10 mg.L-
1 (Alkorta et al., 2004).
1.3.3 Tác hại của ô nhiễm kim loại nặng.
Đối với sức khoẻ con người:
Khi hàm lượng kim loại nặng trong nước trên mức cho phép chúng sẽ gây những
ảnh hưởng có hại đến sức khoẻ con người một số gây bệnh ung thư,thần kinh,cũng như
các bộ phận khác vì vậy chúng ta cần biết tác hại của nó mà tìm cách phòng tránh.
Cơ sở của phương pháp này là hiện tượng nhiều loài sinh vật (thực vật thủy
sinh, tảo, nấm, vi khuẩn ) có khả năng giữ lại trên bề mặt hoặc thu nhận vào bên
trong các tế bào của cơ thể chúng các kim loại nặng tồn tại trong đất và nước (hiện
tượng hấp thu sinh học-biosorption).
Các phương pháp sinh học để xử lý kim loại nặng bao gồm:
−Sử dụng các vi sinh vật kỵ khí và hiếu khí.
−Sử dụng thực vật thủy sinh.
−Sử dụng các vật liệu sinh học
Khả năng sử dụng vi tảo để xử lý kim loại nặng trong nước thải.
+Những ưu thế:
Người ta đã phát hiện rằng nhiều loại sinh khối có thể hấp thụ (asorption)
kim loại nặng trong nước, trong số đó có sinh khối vi tảo. Các nghiên cứu đã chỉ ra
rằng việc sử dụng sinh khối sống và chết của các loại vi tảo để hấp thu kim loại
nặng có những ưu thế đặc biệt:
− Nhiều loại vi tảo có khả năng thu nhận kim loại nặng ở mức độ cao, nồng độ kim
loại nặng tích lũy bên trong các cấu trúc tế bào của chúng có thể cao gấp hàng nghìn
lần nồng độ trong tự nhiên.
− Diện tích bề mặt riêng của sinh khối vi tảo vô cùng lớn làm cho chúng rất hiệu quả
trong việc loại trừ và tái thu hồi kim loại nặng trong nước thải.
− Sự hấp thu sinh học các ion kim loại nhờ tảo tốt hơn so với sự kết tủa hóa học ở khả
năng thích nghi với sự thay đổi pH và nồng độ kim loại nặng; tốt hơn phương pháp
trao đổi ion và thẩm thấu ngược ở khả năng nhạy cảm với sự hiện diện của chất rắn
lơ lửng, các chất hữu cơ, và sự hiện diện của các kim loại khác.
− Có khả năng xử lý với một thể tích lớn nước thải với tốc độ nhanh.
Sv: Lê Văn Bắc Page 23
Báo cáo tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - Địa chất
− Có tính chọn lọc cao nên nồng độ kim loại nặng còn lại sau xử lý sinh học có thể
chỉ còn thấp hơn 1ppm trong nhiều trường hợp.
− Hệ thống xử lý sinh học không cần các thiết bị hóa chất đắt tiền, dễ vận hành, phù
hợp với các điều kiện hóa lý khác nhau nên giá thành thấp (chỉ bằng khoảng 1/10
Các ion kim loại nặng như thuỷ ngân, Cd,Zn ,Pb, As,Cu,Ni dược loại
ra khỏi nước bằng phương pháp hoá học .Bản chất của phương pháp là
chuyển các chất tan trong nước thành không tan bằng cách thêm tác nhân và
tách dưới dạng kết tủa. Chất thường dùng là hydroxyt Ca và Na , CaCO
3
Sv: Lê Văn Bắc Page 24
Báo cáo tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - Địa chất
,Na
2
SO
4
các chất thải khác nhau như là xỉ Fe-Cr chứa CaO 51,3%; MgO
9,2%; SiO
2
27,4%; Cr
2
O
3
41,3%; Al
2
O
3
7,2% ;FeO 0,73%.
−Xử lý thuỷ ngân.
Xử lý các hợp chất thuỷ ngân nước thải bị ô nhiêm thuỷ ngân và các hợp
chất thuỷ ngân dược tạo thành trong sản xuất clo và NaOH trong các quá trình điện
phân dùng điện cực Hg do sản xuất Hg điều chế thuốc nhuộm, các hyđrocacbon do
sử dụng Hg làm chất xúc tác .Hg trong nước tồn tại ở dạng kim loại , hợp chất vô cơ
: Oxit ,HgCl
2
2
lưỡng tính.Do đó,quá trình xử lý cần tiến hành với pH=8-9.
Khi sử dụng xoda ta có phản ứng.
2ZnCl
2
+ 2Na
2
CO
3
+ H
2
O => 4NaCl + Zn(OH)
2
CO
3
+ CO
2
Khi pH= 7 – 9,5 hình thành cacbonát có thành phần 2ZnCO
3
, 3Zn(OH)
2
-
, khi
pH ≥ 10 thành phần hydroxyt tăng.
+Xử lý nước thải chứa ion kim loại Cu bằng hydroxyt.
Cu
2+
+ 2OH =>Cu(OH)
2
2Cu
3
Ni
2+
+ CO
2-
3
=> NiCO
3
Sv: Lê Văn Bắc Page 25
Copyright: Tài liệu đại học ©