Nghiên cứu khả năng ứng dụng của bùn đỏ tây nguyên làm chất hấp phụ xử lý nước thải

LỜI CẢM ƠNBài báo cáo thực tập này được thực hiện và hoàn thiện tại phòng Nghiên cứu Ứng dụng và Triển khai công nghệ, Viện Kỹ thuật nhiệt đới, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Na

LỜI CẢM ƠN

Bài báo cáo thực tập này được thực hiện và hoàn thiện tại phòng Nghiên cứu Ứng dụng và Triển khai công nghệ, Viện Kỹ thuật nhiệt đới, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam Trước hết, em xin chân thành cảm ơn ban lãnh đạo Viện Kỹ thuật nhiệt đới đã tiếp nhận và cho phép em được thực tập tại Viện

Em cũng xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến TS Nguyễn Tuấn Dung,

người đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo và tạo điều kiện giúp đỡ em hoàn thành

kỳ thực tập này

Em xin cảm ơn các thầy cô giáo khoa Môi trường, trường Đại học Tài Nguyên và Môi Trường Hà Nội đã trang bị cho em hệ thống kiến thức khoa học và tạo điều kiện cho em có cơ hội được thực tập, nâng cao kiến thức chuyên môn.

Em xin chân thành cảm ơn anh Vũ Xuân Minh và các cô, chú, anh, chị Phòng Nghiên cứu Ứng dụng và Triển khai công nghệ, đã tạo điều kiện thuận lợi, hỗ trợ em trong suốt quá trình thực tập

Hà Nội, ngày tháng 04 năm

2013

Sinh viên thực hiện

Lê Thị Thu Hường

PHẦN A: GIỚI THIỆU VỀ NƠI THỰC TẬP

I Khái quát về Viện Kỹ Thuật Nhiệt Đới (Viện KTNĐ)

Địa chỉ: Nhà A13, 18 Hoàng Quốc Việt, Cầu Giấy, Hà Nội

Tổng số CBVC: 81

I.1 Sơ lược về lịch sử

- Viện Kỹ thuật nhiệt đới (KTNĐ) được thành lập theo Quyết định số 248/CPngày 08/8/1980 của Thủ tướng Chính phủ, trực thuộc Viện Khoa học ViệtNam Viện trưởng đầu tiên là GS.TS Vũ Đình Cự

- Từ 1993 Viện KTNĐ là 1 trong 17 viện nghiên cứu thuộc Trung tâm Khoahọc tự nhiên và Công nghệ Quốc gia (KHTN & CNQG) theo Nghị định số24/CP của Chính phủ và Quyết định số 57 ngày 23/6/1993 của Giám đốcTrung tâm KHTN & CNQG

- Theo Nghị định số 108/2012/NĐ-CP ngày 25/12/2012 của Chính phủ,

Viện KTNĐ là 1 trong 26 viện nghiên cứu thuộc Viện Hàn lâm Khoa học

và Công nghệ Việt Nam từ ngày 19-2 -2013.

I.2 Chức năng và nhiệm vụ

- Chức năng: nghiên cứu cơ bản, điều tra cơ bản, phát triển công nghệ vàđào tạo nguồn nhân lực có trình độ cao trong lĩnh vực kỹ thuật nhiệt đới và cáclĩnh vực khác có liên quan theo quy định của pháp luật

 Hợp tác quốc tế trong lĩnh vực nhiệt đới và các lĩnh vực khác có liên quan

 Dịch vụ khoa học, công nghệ trong linh vực kỹ thuật nhiệt đói và các lĩnhvực khác có liên quan

 Quản lý về tổ chức, bộ máy; quản lý và sử dụng cán bộ, công chức, viênchức của đơn vị theo quuy định của Nhà nước và của Viện Hàn lâm Khoahọc và Công nghệ Việt Nam

 Quản lý về tài chính, tài sản của đơn vị theo quy định của Nhà nước

 Thực hiện các nhiệm vụ khác do Chủ tịch Viện giao

I.3 Các trang thiết bị

- Kính hiển vi điện tử quét (SEM) Jeol 5300 (Nhật)

- Máy nhiễu xạ tia X (ADX) QX – 2000(Anh)

- Các máy phân tích nhiệt vi sai DTA TA – HE – 20 và DSC – 20, Mettler(Thụy sĩ)

- Hệ máy đo trọng lượng phân tử, Knauer (Đức)

- Hệ thiết bị đo tính năng cơ lý cảu vật liệu trong điều kiện ăn mòn ứng suất(Đức)

- Máy đo tổng trở SOLATRON Schlumberger GSI – 1250 (Mỹ)

- Máy đo tổng trở AUTOLAB (Mỹ)

- Thiết bị điện cực quét rung (SVET) dùng để nghiên cứu ăn mòn cục bộ(Mỹ)

- Thiết bị thử nghiệm cơ lý vạn năng ZWICK (Đức)

- Thiết bị đùn phun chất dẻo WOOJIN (Hàn Quốc)

- Máy trộn nội (kín) Polylab system HAAKE ( Đức)

- Thiết bị tổng hợp nhựa tự động quy mô nhỏ ( Anh)

- Hệ thống đo tổn hao điện môi TR – 10C ( Nhật)

- Phòng Ăn mòn và bảo vệ kim loại

- Phòng Hoá lý vật liệu phi kim loại

- Phòng Vật liệu cao su và Dầu nhựa thiên nhiên

- Phòng Vật liệu gốm kỹ thuật và Điện cao áp

- Phòng Kỹ thuật điện tử

- Phòng Nghiên cứu ứng dụng và Triển khai công nghệ

- Phòng Nghiên cứu sơn bảo vệ

- Phòng Dữ liệu, thử nghiệm nhiệt đới và Môi trường

- Phòng Vi phân tích

I.5 Các chương trình nghiên cứu– phát triển

- Đề tài, dự án cấp nhà nước (trong 10 năm gần đây):

 Đề tài nghiên cứu cơ bản thuộc Quỹ phát triển Khoa học và Công nghệ

Quốc gia (NAFOSTED): Nghiên cứu chế tạo và khảo sát cấu trúc, tính chất của vật liệu polyme nanocompozit trên cơ sở nhựa polyolefin (PP, PE) và hạtTiO2 kích thước nano

 Đề tài nghiên cứu cơ bản thuộc Quỹ phát triển Khoa học và Công nghệQuốc gia (NAFOSTED): Nghiên cứu biến tính các hợp chất có hoạt tính traođổi ion làm phụ gia ức chế ăn mòn trong lớp phủ bảo vệ nanocompozit thânthiện nmôi trường

 Đề tài nghiên cứu cơ bản thuộc Quỹ phát triển Khoa học và Công nghệQuốc gia (NAFOSTED):Nghiên cứu chế tạo, khảo sát tính chất và cấu trúc của vậtliệu nanocompozit copolyme etylen – vinyl axetat (EVA)/nanosilica

 Đề tài nghiên cứu cơ bản thuộc Quỹ phát triển Khoa học và Công nghệQuốc gia (NAFOSTED):Nghiên cứu chế tạo lớp phủ tổ hợp y sinh titan nitrit

và hydroxyapatit cấu trúc nano trên nền thép không gỉ ứng dụng làm nẹp vítxương trong y tế

- Đề tài và dự án cấp Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam:

 Đề tài: Nghiên cứu chất khử oxy và chất hấp thụ CO2, SO2 kích thước nano

nhằm tạo môi trường bảo quản chống oxy hóa

 Đề tài: Ứng dụng chất độn tro bay trong lớp phủ bảo vệ chống ăn mòn bền

nhiệt chịu ma sát cho các thiết bị và công trình công nghiệp

 Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng lớp phủ polyme fluo chứa phụ gia nano kết hợp lớpphủ Al/Zn bảo vệ các công trình kim loại làm việc trong điều kiện biển vùng thủytriều và té sóng biển

 Đề tài: Nghiên cứu chế tạo lớp phủ hợp kim croom niken bằng công nghệphun phủ hồ quang điện để bảo vệ chống ăn mòn cho các chi tiết máy bơmcông nghiệp làm việc trong môi trường axit

 Đề tài: Nghiên cứu chế tạo lớp phủ tổ hợp titan nitrit / hydroxyapatit cấutrúc nano trên nền thép không gỉ làm nẹp vít xương y tế

Đề tài các cấp do phòng Nghiên cứu ứng dụng và Triển khai công nghệ chủ trì từ năm 2007 đến nay:

 Nghiên cứu, chọn hệ keo tụ thích hợp dùng trong quá trình xử lý nước từ cácsông thoát nước thải Hà Nội

 Nghiên cứu xử lý nước thải từ máy xeo giấy để thu hồi bột giấy dư bằngphương pháp tuyển nổi sử dụng hệ chất keo tụ, chất trợ keo tụPolyarylamide, chất trợ nổi

 Nghiên cứu chế tạo gốm vi và siêu lọc trên cơ sở nguyên liệu khoáng chất tựnhiên của Việt Nam, pha kim loại bạc, với kích thước lỗ xốp ~10ֿ¹µm ÷ 10ˉ²m ÷ 10ˉ²

µm ÷ 10ˉ²m

 Nghiên cứu và chế tạo gốm vi và siêu lọc trên cơ sở nguyên liệu khoáng chấtlõi đá ong của Việt Nam, pha kim loại bạc với kích thước lỗ xốp ~ 10ˉ¹ µm ÷ 10ˉ²m ÷

10ˉ² µm ÷ 10ˉ²m, có khả năng loại bỏ các kim loại nặng rất độc hại (As, Cd, Cu, Pb, ) ra khỏi các nguồn nước cấp sinh hoạt.

 Nghiên cứu khả năng khử các ion Cl-, F- trong nước bằng gốm vi và siêu lọctrên cơ sở khoáng chất lõi đá ong pha tạp cao lanh

 Chuyển hóa tro bay Phả Lại trong điều kiện mềm làm vật liệu hấp phụ kimloại nặng hiệu quả, định hướng ứng dụng xử lý nước thải mạ

 Nghiên cứu khả năng hấp phụ niken của bùn đỏ được trung hòa bằng cácphương pháp khác nhau

 Nghiên cứu khả năng hấp phụ Flo của bùn đỏ Tây Nguyên

 Nghiên cứu khả năng xử lý một số phẩm nhuộm sử dụng bùn đỏ được trunghòa bằng các phương pháp khác nhau

vật liệu lai polyme dẫn-graphen làm sensor điện hóa định hướng ứng dụngtrong quan trắc môi trường”

chức năng gốc phenol ứng dụng làm cảm biến điện hóa phân tích nhanh vàchọn lọc vết một số chất độc ô nhiễm nước”

I.6 Các kết quả khoa học và công nghệ

- Đã xây dựng tập bản đồ khí hậu kỹ thuật, đang xây dựng bản đồ phân vùng

ăn mòn kim loại ở Việt Nam Có nhiều kết quả nghiên cứu thử nghiệm về ănmòn trên nhiều vùng lãnh thổ Việt Nam

- Nhiều vật liệu phủ bảo vệ và công nghệ bảo vệ chống ăn mòn đã được ứngdụng thực tế rộng rãi trong các nghành năng lượng, giao thông ( cầu, tàu,xưởng… ), xăng dầu ( bồn xăng, đường ống…), chế tạo máy

- Sơn phản nhiệt măt trời, sơn phản quang và sơn phân luồng đường chịu màimòn,chịu thời tiết, chất lượng cao

- Lớp mạ kẽm – niken và lớp phủ hợp kim crom – niken bền môi trường, chấtlượng cao.

- Vật liệu blend cao su/nhựa nhiệt dẻo dùng làm tấm đệm ray cho nghành giaothông vận tải đường sắt

- Chất ổn định ND – 2101 và ND- 2103 cho PVC; Quy trình công nghệ chếtạo mút xốp PUR

- Quy trình công nghệ chế tạo gốm lọc xử lý nước ô nhiễm

- Quy chình chế tạo polyme dẫn bằng công nghệ điện hóa

- Van chống sét ZnO cấp điện áp 6 : 22k V và 35kV

- Nguồn cao áp cho thiết bị laze và các loại đèn khí

- Quy trình thử nghiệm để đánh giá nhanh chất lượng và dự báo nhanh tuổi thọcủa vật liệu

- Quy trình thử nghiệm để đánh giá nhanh chất lượng và dự báo nhanh tuổi thọcủa vật liệu

- Thực hiện nhiệm vụ HTQT cấp Viện Hàn lâm KHCNVN với trường đại họcParis-Diderot (Pháp): “Chế tạo và nghiên cứu tính chất vật liệu lai polyme

dẫn-graphen làm sensor điện hóa định hướng ứng dụng trong quan trắc môitrường”

I.8 Các công trình khoa học đã công bố

- Trong 30 năm xây dựng và phát triển Viện Kỹ thuật nhiệt đới (1980 – 2010),các cán bộ khoa học của Viện đã công bố trên 1100 công trình khoa họctrong và ngoài nước, trong đó có 120 bài báo đăng trên các tạp chí quốc tế có

uy tín, xuất bản 5 sách chuyên khảo, được trao 7 chứng nhận quyền tác giảcủa Ủy ban Khoa học và Kỹ thuật Nhà nước Một cán bộ khoa học của Viện

đã được trao bằng sáng chế độc quyền (đồng tác giả) của Tổ chức Trí tuệ thếgiới và Cơ quan Sáng chế Châu Âu Viện đã vinh dự được trao 3 giải thưởngcủa Quỹ sáng tạo khoa học và công nghệ Việt Nam VIFOTEC, 2 huychương tuổi trẻ sáng tạo, một học bổng UNESCO-L’Oreal “Vì sự phát triểnphụ nữ trong khoa học” cho một nhà khoa học nữ trẻ

- Chủ biên và xuất bản sách “Thuật ngữ Kỹ thuật nhiệt đới” bằng các thứ tiếngViệt – Anh – Nga – Đức – Pháp

II Giới thiệu về phòng ứng dụng và phát triển công nghệ

II.1 Giới thiệu về phòng

Phòng nghiên cứu ứng dụng và triển khai công nghệ (phòng 6) đượcthành lập năm 1989 Chức năng của phòng hiện nay là: Điều tra môi trường,nghiên cứu triển khai ứng dụng công nghệ và các giải pháp kỹ thuật xử lýchống ô nhiễm và bảo vê môi trường (theo Quyết định số 22/QĐ – KTND ngày26/1/2011)

Nhân sự

Phó Trưởng phòng : TS.NCVC Nguyễn Tuấn Dung

Các cán bô viên chức : ThS Trần Văn Biển

KSC Nguyễn Hoàng Bách

CN Mai Thị Phượng

KS Vũ Xuân Minh

CN Nguyễn Thanh Mỹ

II.2 Lĩnh vực nghiên cứu đào tạo và hoạt động

a) Nghiên cứu

- Điều tra môi trường, phân tích, quan trắc và đánh giá hiện trạng môi trường

- Chế tạo và triển khai ứng dụng các vật liệu xử lý nước thải, khí thải và đất bị

ô nhiễm

- Nghiên cứu chế tạo các loại cảm biến điện hóa đặc hiệu, sử dụng vật liệu tiếntiến – polime dẫn chứ năng, ứng dụng trong phát hiện và phân tích các hợpchất có độc tính cao

- Nghiên cứu và phát triển các công nghệ thân thiện môi trường

- Tái chế các chất thải công nghiệp thành vật dụng hữu ích, giảm thiểu nguy

cơ ô nhiễm môi trường

b) Đào tạo

Hợp tác đào tạo đại học và sau đại học trong lĩnh vực công nghệ và vậtliệu tiên tiến, ứng dụng trong quan trắc, xử lý môi trường, tái sử dụng các chấtthải công nghiệp

- Trong nước : phối hợp đào tạo với :

1, Các cán bộ môn Công nghệ Hóa học, Hoa lý, Công nghệ môi trường, Khoahóa học, Trường Đại học Khoa học Tự Nhiên, ĐHQG Hà Nội

2, Các cán bộ môn Hóa lý, Hóa Công nghệ và Môi trường, Hóa Phân tích, Hóahữu cơ, Khoa Hóa học, Trường Đại học Sư phạn Hà Nội

3, Các bộ môn Hóa lý, Hóa Phân tích, Viện Khoa học và Công nghệ Môitrường, Viện Đào tạo Quốc Tế về Khoa học Vật liệu, Trường Đại Học BáchKhoa Hà Nội

4, Khoa Hóa học, Trường Đai học Sư Phạm Hà Nội 2

5, Viện Hóa học và Viện Khoa học Vật liệu, Viện Khoa học và công nghệ ViệtNam

- Ngoài nước : phối hợp đào tạo tiến sỹ với Viện ITODYS, Đại học Paris 7,Pháp

c) Hợp tác quốc tế :

Phòng có quan hệ hợp tác quốc tế về nghiên cứu khoa học và đào tạo sauđại học trong lĩnh vực vật liệu, điều tra và xử lý ô nhiễm môi trường với cácđồng nghiệp ở ĐH Pari 7, ĐH Pari 6, CH Pháp Đã có hàng chục bài báo cáo,báo cáo khoa học đã được công bố chung trong các tạp chí quốc tế, tuyển tậpcác hội nghị, hội thảo khao học quốc tế

d) Dịch vụ khoa học – kỹ thuật

- Xác định và phân tích thành phần các cation và anion trong nước

- Xác định thành phần và xử lý nước thải, kỹ nghệ tráng rửa phim

- Chế tạo các loại mẫu polymer dẫn điện bằng phương pháp hóa học hay điệnhóa

- Xác định các tính chất điện hóa, độ dẫn điện của các vật liệu bán dẫn dạngbột hay màng mỏng

- Sản xuất pilot vật liệu gốm lọc nước

II.3 Cở sở vật chất

Thiết bị đo điện hóa đa năng AUTOLAB 30 ( Hà Lan)

- Máy li tâm tốc độ cao 11000 vòng/phút Hettich ( Đức)

- Thiết bị phân tích trắc quang DR/2010, Hach ( Mỹ)

- Máy mài mẫu thí nghiệm Buehler

- Dây chuyền công nghệ chế tạo gốm

Một số công bố khoa học công nghệ tiêu biểu trong 3 năm gần đây:

 Lương Văn Cử, Nguyễn Hoàng Bách, Mai Thị Phượng, Trần Văn Biển, Thử

nghiệm ăn mòn thép và một vài lớp phủ bảo vệ tại trạm phơi mẫu Quảng Ninh, Tạp chí Khoa học và Công nghệ; Tập 48, Số 3A, 2010, tr 286-289

 Nguyễn Tuấn Dung, Phùng Như Bách, Đặng Lan Anh, Tô Thị Xuân

Hằng, Nghiên cứu tính nhậy ion Cu 2+ của màng tổng hợp điện hóa diaminonaphtalene), Tạp chí Hóa học, T.48, No 3, 2010 tr 89-93.

poly(1,8- Nguyễn Tuấn Dung, Phan Thị Hà, Tô Thị Xuân Hằng, Chế tạo màng chọn

lọc cation Hg(II) trên điện cực cacbon thủy tinh bằng phương pháp điện hóa,Tạp chí Khoa học và công nghệ, T.48, No 3A, 2010, tr 116-121.

 Nguyễn Tuấn Dung, Vũ Kế Oánh, Hồ Trường Giang, Nguyễn Ngọc

Toàn, Thin film of poly(1,8-diaminonaphthalene)/carbon nanotubes

Workshop on Advanced and Nanotechnology (IWAMNS), Hanoi Oct 9-12,2010

 Nguyễn Hải Bình, Trần Đại Lâm, Nguyễn Lê Huy, Lê Đăng Khương,

Nguyễn Tuấn Dung, Cảm biến sinh học điện hóa xác định glucose trên cơ sở

màng composite polyanilin/ống cacbon nano, Tạp chí Phân tích Lý-Hóa và

Sinh học, T.15, số 3 (2010), tr.150-154

 Lam Dai Tran, Binh Hai Nguyen, Dung Tuan Nguyen, Huy Le

Nguyen Electrochemically interdigitated and peptide aptamer based arrays

coated with functional Polyaniline/MWCNT for multiple detection of Human

Conference, 2011, tr 255-258

 Dung Tuan Nguyen, Lam Dai Tran, Huy Le Nguyen, Binh Hai Nguyen,

Nguyen Van Hieu, Modified interdigitated arrays by novel

poly(1,8-diaminonaphthalene) /carbon nanotubes composite for selective detection of mercury(II) Talanta, In Press, Available online 5 August 2011.

 H V Tran, R Yougnia, S Reisberg, B Piro, N.Serradji, T.D Nguyen, L.D.

Tran, C.Z.Dong, M.C Pham, A Label-free Electrochemical Immunosensor

for Direct, Signal-on and Sensitive Pesticide Detection, Biosensors and

Bioelectronics, In Press

 Nguyễn Tuấn Dung, Dương Thị Hạnh, Vũ Xuân Minh, Nguyễn Lê Huy,

polydiaminonaphtalen trùng hợp điện hóa trên nền thép không gỉ 304, Tạp

chí Hóa học, T.49, số 6, 2011, tr.721-724

 Nguyen Tuan Dung, Vu Xuan Minh, Nguyen Thanh My, Nguyen Hoang

Bach, Tran Van Bien, Vu Duc Loi, Removal of fluoride from aqueous

solution by Tay Nguyen red mud, Vietnam Journal of Chemistry v.50, No.

6B, 2012, 219-223

 Nguyễn Hoàng Bách, Vũ Xuân Minh, Mai Thị Phượng, Nguyễn Thanh Mỹ,

Trần Văn Biển, Nguyễn Tuấn Dung, Nghiên cứu chế tạo gốm lọc trên cơ sở

Công nghiệp hóa chất, số 12/2012, tr.35-40

PHẦN B: NỘI DUNG THỰC TẬP

MỞ ĐẦU

Nước là một yếu tố sinh thái không thể thiếu đối với sự sống và là nguồntài nguyên có thể tái tạo vô cùng quý giá đối với con người Nguồn nước quyếtđịnh ít nhiều đến sự phát triển của mỗi quốc gia, mỗi dân tộc Nước là mắt xíchđầu tiên của chuỗi dài dinh dưỡng chủ yếu của sự sống sinh vật, do đó ảnhhưởng của nước đến sức khỏe là rất lớn Ô nhiễm môi trường nước không chỉ làmối quan tâm hàng đầu của các nước công nghiệp lớn như : Anh, Pháp, Đức,

… mà còn là mối lo ngại của toàn nhân loại trong đó có Việt Nam - một nướcđang phát triển

Tốc độ công nghiệp hoá và đô thị hoá khá nhanh và sự gia tăng dân sốgây áp lực ngày càng nặng nề đối với tài nguyên nước trong vùng lãnh thổ.Môi trường nước ở nhiều đô thị, khu công nghiệp và làng nghề ngày càng bị ônhiễm bởi nước thải, khí thải và chất thải rắn Ở các thành phố lớn, hàng trăm

cơ sở sản xuất công nghiệp đang gây ô nhiễm môi trường nước do không cócông trình và thiết bị xử lý chất thải Ô nhiễm nước do sản xuất công nghiệp làrất nặng

Bùn đỏ chính là chất thải rắn của quá trình sản xuất nhôm từ quặngbauxit theo phương pháp Bayer Hàng năm, có hơn 90 triệu tấn bùn đỏ đượctạo ra trên toàn cầu Hiện nay nó được lưu trữ trong các hồ chứa, hoặc thải rabiển gần các nhà máy tinh chế nhôm ôxit Tuy nhiên, độ kiềm cao của bùn đỏ

là nguyên nhân gây ô nhiễm đất, nước và không khí Xử lý và tái sử dụng bùn

đỏ là vấn đề đặc biệt quan trọng

Từ thực tế trên, em lựa chọn đề tài ‘‘Nghiên cứu khả năng ứng dụng

của bùn đỏ Tây Nguyên làm chất hấp phụ xử lý nước thải’’, với mong muốn

xử lý và tái sử dụng bùn đỏ làm chất hấp phụ các chất ô nhiễm có trong nướcthải, giảm lượng chất thải rắn gây ô nhiêm môi trường

ra alumina (Al2O3), nguyên liệu chính để luyện nhôm trong các lò điện phân.Khoảng 95% lượng bauxit được khai thác trên thế giới đều được dùng để luyệnthành nhôm Tên gọi của loại quặng nhôm này được đặt theo tên làng LesBaux-de-Provence ở miền nam nước Pháp, tại đây bauxit được nhà địa chấthọc là Pierre Berthier phát hiện ra lần đầu tiên năm 1821 [1]

I.1.1.1 Nguồn gốc hình thành và phân bố

a) Quá trình hình thành

Bauxit hình thành trên các loại đá có hàm lượng sắt thấp hoặc sắt bị rửatrôi trong quá trình phong hóa Quá trình hình thành trải qua các giai đoạn:

- Phong hóa và nước thấm lọc vào trong đá gốc tạo ra ôxít nhôm và sắt,

- Làm giàu trầm tích hay đá đã bị phong hóa bởi sự rửa trôi của nướcngầm,

- Xói mòn và tái tích tụ bauxit

b) Phân bố :

Các loại quặng bauxit tự nhiên phân bố chủ yếu ở khu vực nhiệt đới,Caribe, Địa trung Hải và vành đai xung quanh xích đạo Người ta tìm thấyquặng bauxit ở các vùng lãnh thổ của Úc, Nam và Trung Mỹ (Jamaica, Brazin,Surinam, Venezuela, Guyana), châu Phi (Guinea), châu Á (Ấn Độ, Việt Nam,Trung Quốc) và châu Âu (Nga, Hy Lạp) Trong đó, Guinea là nước có trữlượng bauxit lớn nhất trên thế giới, sau đó là Australia, Việt Nam, Jamaica

Việt Nam có trữ lượng bauxit đứng thứ 3 trên thế giới, ước tính khoảng5,4 tỉ tấn quặng, phân bố phổ biến ở các tỉnh: Cao Bằng, Hà Giang, Lạng Sơn

và Tây Nguyên Thị xã Bảo Lộc, tỉnh Lâm Đồng là một trong những nơi có trữlượng bauxit lớn ở Tây Nguyên, chiếm 20% tổng trữ lượng cả nước

I.1.1.2.Thành phần khoáng vật

Thành phần hóa học chủ yếu của bauxit (quy ra ôxít) là Al2O3, SiO2,

Fe2O3, CaO, TiO2, MgO trong đó, hyđrôxit nhôm là thành phần chính củaquặng

Bảng 1 Thành phần hóa học của quặng bauxit

Thành phần

hóa học AL2O3 Fe2O3 CaO SiO2 TiO2 MgO

Mất khiđốt

% theo khối

lượng 55,6 4,5 4,4 2,4 2,8 0,3 30

Bauxit tồn tại ở 3 dạng chính tùy thuộc vào số lượng phân tử nước chứatrong nó và cấu trúc tinh thể gồm: gibbsit Al(OH)3, boehmit γ-AlO(OH), vàdiaspore α-AlO(OH), cùng với các khoáng vật oxit sắt goethit và hematit, cáckhoáng vật sét kaolinit và đôi khi có mặt cả anatas TiO2

Gibbsit là hydroxit nhôm thực sự còn boehmit và diaspore tồn tại ở dạnghidroxit nhôm ôxít Sự khác biệt cơ bản giữa boehmit và diaspore là diaspore

có cấu trúc tinh thể khác với boehmit, và cần nhiệt độ cao hơn để thực hiện quátrình tách nước nhanh

chất thải công nghiệp hay chất độc hại do quá trình tuyển rửa không dùng hóachất (nhưng tốn nước).

- Loại thứ hai sinh ra trong quá trình sản xuất nhôm ôxit từ bauxit theocông nghệ Bayer có tên là bùn đỏ (BĐ)

I.1.2.1 Qúa trình hình thành bùn đỏ :

Quặng bauxit sau khi sơ chế được đưa đến các nhà máy tinh chế Tại đây,quặng thô được xử lý theo quy trình Bayer để tạo thành alumina Quy trìnhBayer gồm có 4 bước: hòa trộn, tách bùn, kết tủa, nung [3]:

- Hòa trộn: Trong bước đầu tiên, quặng bôxit thô được hòa trộn với soda(NaOH), và bơm vào bồn áp lực lớn Tại đây, quặng này phải chịu tác động củanhiệt hơi nước (150 –200oC) và áp lực cao NaOH phản ứng với các khoángchất nhôm của bôxit tạo thành hợp chất bão hòa natri aluminat và tạp chấtkhông hòa tan (BĐ):

Al2O3 + 2OH − + 3 H2O → 2[Al(OH)4]−

- Tách bùn: Sau khi hòa trộn, hỗn hợp được truyền qua một loạt các thùng giảm

áp suất Tại đây, áp suất không khí được tràn vào, cát được tách ra khỏi hỗnhợp qua các bẫy cát Tiếp theo, cặn mịn và các chất rắn còn lại được bổ sungcác hợp chất tổng hợp và đưa qua bộ lọc vải Rửa sạch và loại bỏ các cặn dư

- Kết tủa: Hợp chất bão hòa natri aluminat tiếp tục được làm mát bằng hệ thốngtrao đổi nhiệt Vì bị làm lạnh đột ngột, các hydroxit nhôm bị kết tủa lại tạothành các hạt tinh thể Các tinh thể này kết hợp với các tinh thể khác tạo thànhcác hạt lớn hơn lắng xuống đáy Sau đó, các hạt hydroxit nhôm được lọc và rửasạch để loại bỏ soda Phản ứng diễn ra như sau:

Na+ + Al(OH)4- → Al(OH)3 + NaOH

- Nung: Các hạt hydroxit nhôm được nung trong lò ở nhiệt độ trên 960°C(1.750°F) tạo thành alumina theo phản ứng sau đây:

Al(OH)3 →Al2O3 + 3 H2O

Như vậy, trong quy trình Bayer, bùn đỏ được sinh ra trong quá trình táchbùn Do bị nhiễm xút nên bùn đỏ có độ pH rất cao, khoảng 11-13 Do đó BĐ cóthể gây bỏng da và ngộ độc hóa học Ngoài ra trong thành phần của BĐ có thể

có các chất phóng xạ, kim loại nặng và các chất độc hại khác nên nó là chất thảicông nghiệp rất độc hại

I.1.2.2 Thành phần và đặc tính:

Bùn đỏ là phần còn lại sau khi tách nhôm từ quặng bauxit, được thải ra dướidạng bùn nhão với độ pH cao Màu đỏ và độ màu của bùn thải là do hàm lượngcủa sắt oxit quyết định Thành phần của bùn đỏ trong quá trình tinh luyệnbauxit thay đổi tùy theo loại quặng và các quy trình tinh chế khác nhau, cóchứa chủ yếu là silic, nhôm, sắt, canxi, titan và một số thành phần phụ: Na, K,

Cr, V, Ni, Ba, Cu, Mn, Pb, Zn Thông thường thành phần này dao động nhưsau: Fe2O3=30-60%, Al2O3=10-20%, SiO2=3-50%, Na2O=2-10%, CaO=2-8%,TiO2=0-25%, bảng dưới đây thống kê hàm lượng của các oxit của bùn đỏ ở cácđịa điểm khác nhau trên thế giới

Bảng2: Thành phần chính của bùn đỏ sinh ra ở các nhà máy khác nhau trên

Quốc gia Nhà máy Thành phần chính (%)

Fe2O3 Al2O3 TiO2 SiO2 Na2OAustralia 40.50 27.70 3.50 19.90 1-2

USA ALCOA 30.40 16.20 10.11 11.14 2

Arkansas 55.60 12.15 4.50 4.50 1.5-5.0Sherwon 50.54 11.13 Vết 2.56 9.00

Ấn Độ Al.Corp 20.26 19.60 28.00 6.74 8.09

MALCO 45.17 27.00 5.12 5.70 3.64HINDALCO 35.46 23.00 17.20 5.00 4.85BALCOa 33.80 15.58 22.50 6.84 5.20NALCOb 52.39 14.73 3.30 8.44 4.00Trung Quốc 6.85 7.29 2.45 13.89 2.73

Bùn đỏ có pH trong khoảng 11-13, kích thước hạt nhỏ (trung bình <10

µm ÷ 10ˉ²m), 90% khối lượng các hạt có kích thước dưới 75 µm ÷ 10ˉ²m Diện tích bề mặt riêngBET của bùn đỏ là khoảng 7,3-34,5 m2/g [20], có thể được tăng lên đáng kể

bằng cách sử dụng các phương pháp xử lý, tăng cường hoạt tính Bùn đỏ mangđiện tích âm do các nhóm hydroxyl trên bề mặt tạo ra.

I.2 Tình hình khai thác bauxit và nguy cơ ô nhiễm môi trường

I.2.1 Tình khai thác ở Việt Nam và trên thế giới

Bauxit được khai thác đầu tiên ở Guyana trong thời gian 1897-1910.Năm 2007, Australia đứng đầu danh sách các nước khai thác bauxit và chiếmmột phần ba lượng khai thác của cả thế giới, theo sau là Trung quốc , Brazil,Guinea, và Jamaica

Bảng 3: Tình hình khai thác quặng ở một số quốc gia [ 22 ]

Trữ lượng bauxit ở Việt Nam được ước tính vào khoảng 5,4 tỉ tấn, trong

số đó có khoảng 2,1 tỉ tấn có thể khai thác được, đứng hàng thứ ba trên thế giớisau Guinea (8,6/7,4 tỉ tấn) và Australia (7,9/5,8 tỉ tấn) Vùng có trữ lượngquặng bauxit lớn nhất là Tây Nguyên Theo Quyết định số 167/2007/QĐ-TTGngày 1 tháng 11 năm 2007, từ năm 2007 đến 2025, Việt Nam sẽ xây dựng 6nhà máy chế biến alumina ở Đăk Nông, Lâm Đồng, và Bình Phước, 1 nhà máyluyện nhôm tại Bình Thuận, 1 tuyến đường sắt khổ 1,435m nối liền Đăk Nôngvới Bình Thuận Kế hoạch này có thể cần đến 15 tỉ USD nhằm mục đích khai

thác mỗi năm 70,9 đến 94,5 triệu tấn bauxit, chế biến mỗi năm 11,8 đến 16,5triệu tấn alumina, luyện mỗi năm 200.000 đến 400.000 tấn nhôm, và vậnchuyển mỗi năm 25 đến 30 triệu tấn hàng hoá vào năm 2025.

I.2.2 Nguy cơ ô nhiễm môi trường

Nếu thải trực tiếp bùn đỏ chưa được xử lý ra môi trường sẽ gây ra nhữnghậu quả sau: thứ nhất, phải sử dụng diện tích lớn để lưu trữ, làm mất khả năng

sử dụng đất trong thời gian dài; thứ hai, khối lượng bùn thải lớn, trong mùamưa có nguy cơ gây ra rửa trôi, lũ bùn làm ô nhiễm môi trường nước mặt trêndiện rộng; thứ ba, lượng xút dư thừa trong bùn đỏ thấm vào đất gây ô nhiễm,đồng thời ngấm xuống đất gây ô nhiễm cả nguồn nước ngầm; thứ tư, kíchthước các hạt bùn đỏ rất nhỏ, có khuynh hướng dễ vỡ khi khô, nên trong quátrình làm khô, bụi bùn đỏ có khả năng phát tán vào không khí do gió, ảnhhưởng xấu đến sức khoẻ con người và môi trường sinh thái

Khả năng gây ô nhiễm rất cao khi lưu giữ bùn với khối lượng lớn trongthời gian dài Lượng bùn này phân tán mùi hôi, hơi hóa chất làm ô nhiễm, ănmòn các loại vật liệu Đặc biệt, nước rỉ ra từ các bể chứa tập trung gây ô nhiễmnghiêm trọng cho nguồn nước ngầm Các chất ô nhiễm, đặc biệt kim loại nặng,

là các nguyên tố không phân hủy, ngấm vào đất, nước và theo chu trình địa hóamôi trường xâm nhập vào môi trường đất, nước cuối cùng sẽ được tái sử dụngtrực tiếp hoặc gián tiếp thông quá trình hệ thống biển, sông, hồ và hệ sinh tháiđộng vật, thực vật Việc nghiên cứu xử lý BĐ, bảo vệ môi trường là nhiệm vụcấp thiết của tất cả các quốc gia, các tổ chức và mọi cá nhân.[23]

I.3 Các biện pháp xử lý và tái sử dụng

I.3.1 Các biện pháp xử lý

Hiện nay, trên thế giới chưa có nước nào xử lý triệt để được vấn đề bùn

đỏ Cách phổ biến mà người ta vẫn thường làm là cô lập bùn đỏ bằng cách chứa

nó trong những bể lưu nhằm giảm tác động trực tiếp lên môi trường Phương