Báo cáo thực tập tại viện kỹ thuật nhiệt đới

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: Nghiê

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/CP ngày08/8/1980 của Thủ tướng Chính phủ, trực thuộc Viện Khoa học Việt Nam Việntrưởng đầu tiên là GS.TS Vũ Đình Cự

- Từ 1993 Viện KTNĐ là 1 trong 17 viện nghiên cứu thuộc Trung tâm Khoa học tựnhiên và Công nghệ Quốc gia (KHTN & CNQG) theo Nghị định số 24/CP củaChính phủ và Quyết định số 57 ngày 23/6/1993 của Giám đốc Trung tâm KHTN

& CNQG

- Theo Nghị định số 108/2012/NĐ-CP ngày 25/12/2012 của Chính phủ, ViệnKTNĐ là 1 trong 26 viện nghiên cứu thuộc Viện Hàn lâm Khoa học và Côngnghệ 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 và đàotạo nguồn nhân lực có trình độ cao trong lĩnh vực kỹ thuật nhiệt đới và các lĩnh vựckhác có liên quan theo quy định của pháp luật

• Đào tạo nguồn nhân lực khoa học và công nghệ có trình độ cao trong linh vực

kỹ thuật nhiệt đới và các lĩnh vực có liên quan

• 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 lĩnh vựckhác có liên quan

• Quản lý về tổ chức, bộ máy; quản lý và sử dụng cán bộ, công chức, viên chứccủa đơn vị theo quuy định của Nhà nước và của Viện Hàn lâm Khoa học vàCông 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 (Thụysĩ)

- 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 liệupolyme nanocompozit trên cơ sở nhựa polyolefin (PP, PE) và hạt TiO2 kích thướcnano

• Đề tài nghiên cứu cơ bản thuộc Quỹ phát triển Khoa học và Công nghệ Quốcgia (NAFOSTED): Nghiên cứu biến tính các hợp chất có hoạt tính trao đổi ionlàm phụ gia ức chế ăn mòn trong lớp phủ bảo vệ nanocompozit thân thiện nmôitrường

• Đề tài nghiên cứu cơ bản thuộc Quỹ phát triển Khoa học và Công nghệ Quốcgia (NAFOSTED):Nghiên cứu chế tạo, khảo sát tính chất và cấu trúc của vật liệunanocompozit copolyme etylen – vinyl axetat (EVA)/nanosilica

• Đề tài nghiên cứu cơ bản thuộc Quỹ phát triển Khoa học và Công nghệ Quốcgia (NAFOSTED):Nghiên cứu chế tạo lớp phủ tổ hợp y sinh titan nitrit vàhydroxyapatit cấu trúc nano trên nền thép không gỉ ứng dụng làm nẹp vít xươngtrong 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 nhằmtạo 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 lớp phủAl/Zn bảo vệ các công trình kim loại làm việc trong điều kiện biển vùng thủy triều và

té sóng biển

• Đề tài: Nghiên cứu chế tạo lớp phủ hợp kim croom niken bằng công nghệ phunphủ hồ quang điện để bảo vệ chống ăn mòn cho các chi tiết máy bơm công nghiệplàm việc trong môi trường axit

• Đề tài: Nghiên cứu chế tạo lớp phủ tổ hợp titan nitrit / hydroxyapatit cấu trúcnano 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:

 Đề tài cấp Viện Kỹ thuật nhiệt đới:

• 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 bằng phươngpháp tuyển nổi sử dụng hệ chất keo tụ, chất trợ keo tụ Polyarylamide, 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 ÷ 10ˉ² µm

• Nghiên cứu và chế tạo gốm vi và siêu lọc trên cơ sở nguyên liệu khoáng chất lõi

đá ong của Việt Nam, pha kim loại bạc với kích thước lỗ xốp ~ 10ˉ¹ µm ÷ 10ˉ²

µm, có khả năng loại bỏ các kim loại nặng rất độc hại (As, Cd, Cu, Pb, ) rakhỏi các nguồn nước cấp sinh hoạt

• Nghiên cứu khả năng khử các ion Cl-, F- trong nước bằng gốm vi và siêu lọc trên

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 kim loạinặng 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 các phươngpháp 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 trung hòabằng các phương pháp khác nhau

 Đề tài cấp Viện Hàn lâm KHCNVN : “Chế tạo và nghiên cứu tính chất vật

liệu lai polyme dẫn-graphen làm sensor điện hóa định hướng ứng dụng trong quantrắc môi trường”

 Đề tài thuộc quỹ phát triển KHCNQG: “ Tổng hợp màng mỏng Polyme chức

năng gốc phenol ứng dụng làm cảm biến điện hóa phân tích nhanh và chọn lọc vếtmột 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 ănmòn kim loại ở Việt Nam Có nhiều kết quả nghiên cứu thử nghiệm về ăn mòntrên nhiều vùng lãnh thổ Việt Nam

- Nhiều vật liệu phủ bảo vệ và công nghệ bảo vệ chống ăn mòn đã được ứng dụngthực 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 chế tạomút 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 thọ củavật liệu

- Quy trình thử nghiệm để đánh giá nhanh chất lượng và dự báo nhanh tuổi thọ củavật 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 môi trường”

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), cáccán bộ khoa học của Viện đã công bố trên 1100 công trình khoa học trong và

ngoài nước, trong đó có 120 bài báo đăng trên các tạp chí quốc tế có uy tín, xuấtbản 5 sách chuyên khảo, được trao 7 chứng nhận quyền tác giả của Ủy ban Khoahọc và Kỹ thuật Nhà nước Một cán bộ khoa học của Viện đã được trao bằngsáng chế độc quyền (đồng tác giả) của Tổ chức Trí tuệ thế giới và Cơ quan Sángchế Châu Âu Viện đã vinh dự được trao 3 giải thưởng của Quỹ sáng tạo khoahọc và công nghệ Việt Nam VIFOTEC, 2 huy chương tuổi trẻ sáng tạo, một họcbổng UNESCO-L’Oreal “Vì sự phát triển phụ nữ trong khoa học” cho một nhàkhoa 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) được thànhlập năm 1989 Chức năng của phòng hiện nay là: Điều tra môi trường, nghiên cứutriển khai ứng dụng công nghệ và các giải pháp kỹ thuật xử lý chống ô nhiễm vàbảo vê môi trường (theo Quyết định số 22/QĐ – KTND ngày 26/1/2011)

Nhân sự

Phó Trưởng phòng : TS.NCVC Nguyễn Tuấn Dung

Các cán bô viên chức : ThS Trần Văn Biển

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

- Nghiên cứu chế tạo các loại cảm biến điện hóa đặc hiệu, sử dụng vật liệu tiến tiến– polime dẫn chứ năng, ứng dụng trong phát hiện và phân tích các hợp chất cóđộc 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 ônhiễm môi trường

b) Đào tạo

Hợp tác đào tạo đại học và sau đại học trong lĩnh vực công nghệ và vật liệutiên tiến, ứng dụng trong quan trắc, xử lý môi trường, tái sử dụng các chất thải côngnghiệp

- Trong nước : phối hợp đào tạo với :

1, Các cán bộ môn Công nghệ Hóa học, Hoa lý, Công nghệ môi trường, Khoa hóahọc, 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, Hóa hữu

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 Môi trường,Viện Đào tạo Quốc Tế về Khoa học Vật liệu, Trường Đại Học Bách Khoa 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 sau đạihọc trong lĩnh vực vật liệu, điều tra và xử lý ô nhiễm môi trường với các đồngnghiệp 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 tập các 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 điện hóa

- Xác định các tính chất điện hóa, độ dẫn điện của các vật liệu bán dẫn dạng bộthay 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 composite: Electrosynthesis and characterization, The 5th International Workshop onAdvanced 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 PapillomaVirus Conference Proceedings of the 2nd Analytica VietnamConference, 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, Nghiên

cứu khả năng khử của Ag + ở nồng độ thấp trên màng 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 đá ong

pha tạp cao lanh và khảo sát khả năng khử các anion Cl - , F - , Tạp chí Công

đến sức khỏe là rất lớn Ô nhiễm môi trường nước không chỉ là mối quan tâm hàngđầu của các nước công nghiệp lớn như : Anh, Pháp, Đức, … mà còn là mối lo ngạicủa toàn nhân loại trong đó có Việt Nam - một nước đang phát triển.

Tốc độ công nghiệp hoá và đô thị hoá khá nhanh và sự gia tăng dân số gây áplực ngày càng nặng nề đối với tài nguyên nước trong vùng lãnh thổ Môi trườngnước ở nhiều đô thị, khu công nghiệp và làng nghề ngày càng bị ô nhiễm bởi nướcthải, khí thải và chất thải rắn Ở các thành phố lớn, hàng trăm cơ sở sản xuất côngnghiệp đang gây ô nhiễm môi trường nước do không có công trình và thiết bị xử

lý chất thải Ô nhiễm nước do sản xuất công nghiệp là rất nặng

Bùn đỏ chính là chất thải rắn của quá trình sản xuất nhôm từ quặng bauxittheo phương pháp Bayer Hàng năm, có hơn 90 triệu tấn bùn đỏ được tạo ra trêntoàn cầu Hiện nay nó được lưu trữ trong các hồ chứa, hoặc thải ra biển gần các nhàmáy tinh chế nhôm ôxit Tuy nhiên, độ kiềm cao của bùn đỏ là nguyên nhân gây ônhiễm đất, nước và không khí Xử lý và tái sử dụng bùn đỏ là vấn đề đặc biệt quantrọng

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 nước thải, giảmlượng chất thải rắn gây ô nhiêm môi trường

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ BÙN ĐỎ

I.1 Khái niệm về bùn đỏ

I.1.1 Bauxit

Bauxit là một loại quặng nhôm trầm tích có màu hồng, nâu được hình thành

từ quá trình phong hóa các đá giàu nhôm hoặc tích tụ từ các quặng có trước bởi quá

trình xói mòn Quặng bauxit phân bố chủ yếu trong vành đai xung quanh xích đạođặc biệt trong môi trường nhiệt đới Từ bauxit có thể tách ra alumina (Al2O3),nguyên liệu chính để luyện nhôm trong các lò điện phân Khoảng 95% lượng bauxitđược khai thác trên thế giới đều được dùng để luyện thành nhôm Tên gọi của loạiquặng nhôm này được đặt theo tên làng Les Baux-de-Provence ở miền nam nướcPháp, tại đây bauxit được nhà địa chất học là Pierre Berthier phát hiện ra lần đầutiên 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 rửa trôitrong 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 nước ngầm,

- 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 thấy quặng bauxit ởcác 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 trữ lượng bauxit lớn nhấttrên thế giới, sau đó là Australia, Việt Nam, Jamaica

Việt Nam có trữ lượng bauxit đứng thứ 3 trên thế giới, ước tính khoảng 5,4 tỉtấn quặng, phân bố phổ biến ở các tỉnh: Cao Bằng, Hà Giang, Lạng Sơn và TâyNguyên Thị xã Bảo Lộc, tỉnh Lâm Đồng là một trong những nơi có trữ lượngbauxit lớn ở Tây Nguyên, chiếm 20% tổng trữ lượng cả nước

% theo khối

Bauxit tồn tại ở 3 dạng chính tùy thuộc vào số lượng phân tử nước chứa trong

nó và cấu trúc tinh thể gồm: gibbsit Al(OH)3, boehmit γ-AlO(OH), và diaspore AlO(OH), cùng với các khoáng vật oxit sắt goethit và hematit, các khoáng vật sétkaolinit và đôi khi có mặt cả anatas TiO2

α-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 cấutrúc tinh thể khác với boehmit, và cần nhiệt độ cao hơn để thực hiện quá trình táchnước nhanh

I.1.2 Bùn đỏ

Có hai loại bùn màu đỏ liên quan đến khai thác bauxit và sản xuất nhôm ôxit:

- Loại thứ nhất xuất hiện khi tuyển rửa quặng bauxit nguyên khai (tuyển rửabằng nước) thành quặng tinh Sản phẩm thải ra có khối lượng tương đương haynhiều hơn khối lượng quặng tinh, chủ yếu là chất độn lẫn quặng bauxit có đườngkính nhỏ hơn 1mm Loại bùn này gọi là bùn thải đuôi quặng, không phải chất thảicông nghiệp hay chất độc hại do quá trình tuyển rửa không dùng hóa chất (nhưngtốn nước)

- Loại thứ hai sinh ra trong quá trình sản xuất nhôm ôxit từ bauxit theo côngnghệ 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 trình Bayer 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 khoáng chấtnhôm của bôxit tạo thành hợp chất bão hòa natri aluminat và tạp chất không 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 thùnggiảm 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 sung cáchợp 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 hệthống trao 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 thành cáchạt lớn hơn lắng xuống đáy Sau đó, các hạt hydroxit nhôm được lọc và rửa sạch đểloại 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 H2ONhư vậy, trong quy trình Bayer, bùn đỏ được sinh ra trong quá trình tách bùn

Do bị nhiễm xút nên bùn đỏ có độ pH rất cao, khoảng 11-13 Do đó BĐ có thể gâybỏng da và ngộ độc hóa học Ngoài ra trong thành phần của BĐ có thể có các chấtphóng xạ, kim loại nặng và các chất độc hại khác nên nó là chất thải công nghiệp rấtđộc 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 dưới dạng

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 độngnhư sau: 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 oxitcủa bùn đỏ ở các địa điểm khác nhau trên thế giới

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

Sherwon 50.54 11.13 Vết 2.56 9.00

HINDALCO 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 4.00

Bùn đỏ có pH trong khoảng 11-13, kích thước hạt nhỏ (trung bình <10 µm),90% khối lượng các hạt có kích thước dưới 75 µm Diện tích bề mặt riêng BET củabùn đỏ là khoảng 7,3-34,5 m2/g [20], có thể được tăng lên đáng kể bằng cách sửdụng các phương pháp xử lý, tăng cường hoạt tính Bùn đỏ mang điện tích âm docác 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 chiếm một phần

ba lượng khai thác của cả thế giới, theo sau là Trung quốc , Brazil, Guinea, vàJamaica

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

đó có khoảng 2,1 tỉ tấn có thể khai thác được, đứng hàng thứ ba trên thế giới sauGuinea (8,6/7,4 tỉ tấn) và Australia (7,9/5,8 tỉ tấn) Vùng có trữ lượng quặng bauxitlớn nhất là Tây Nguyên Theo Quyết định số 167/2007/QĐ-TTG ngày 1 tháng 11năm 2007, từ năm 2007 đến 2025, Việt Nam sẽ xây dựng 6 nhà máy chế biếnalumina ở Đăk Nông, Lâm Đồng, và Bình Phước, 1 nhà máy luyện nhôm tại BìnhThuận, 1 tuyến đường sắt khổ 1,435m nối liền Đăk Nông với Bình Thuận Kế

hoạch này có thể cần đến 15 tỉ USD nhằm mục đích khai thác mỗi năm 70,9 đến94,5 triệu tấn bauxit, chế biến mỗi năm 11,8 đến 16,5 triệu tấn alumina, luyện mỗinăm 200.000 đến 400.000 tấn nhôm, và vận chuyển mỗi năm 25 đến 30 triệu tấnhàng 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 những hậuquả sau: thứ nhất, phải sử dụng diện tích lớn để lưu trữ, làm mất khả năng sử dụngđất trong thời gian dài; thứ hai, khối lượng bùn thải lớn, trong mùa mưa có nguy cơgây ra rửa trôi, lũ bùn làm ô nhiễm môi trường nước mặt trên diện rộng; thứ ba,lượng xút dư thừa trong bùn đỏ thấm vào đất gây ô nhiễm, đồng thời ngấm xuốngđất gây ô nhiễm cả nguồn nước ngầm; thứ tư, kích thước các hạt bùn đỏ rất nhỏ, cókhuynh hướng dễ vỡ khi khô, nên trong quá trình làm khô, bụi bùn đỏ có khả năngphát tán vào không khí do gió, ảnh hưởng xấu đến sức khoẻ con người và môitrường sinh thái

Khả năng gây ô nhiễm rất cao khi lưu giữ bùn với khối lượng lớn trong thờigian dài Lượng bùn này phân tán mùi hôi, hơi hóa chất làm ô nhiễm, ăn mòn cácloại vật liệu Đặc biệt, nước rỉ ra từ các bể chứa tập trung gây ô nhiễm nghiêm trọngcho nguồn nước ngầm Các chất ô nhiễm, đặc biệt kim loại nặng, là các nguyên tốkhông phân hủy, ngấm vào đất, nước và theo chu trình địa hóa môi trường xâmnhập vào môi trường đất, nước cuối cùng sẽ được tái sử dụng trực tiếp hoặc giántiếp thông quá trình hệ thống biển, sông, hồ và hệ sinh thái động vật, thực vật Việcnghiên cứu xử lý BĐ, bảo vệ môi trường là nhiệm vụ cấp thiết của tất cả các quốcgia, 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 pháp nàylàm nảy sinh các thách thức với rủi ro cao tại các hồ chứa bùn đỏ, bao gồm:

- Tốn một diện tích đất đai lớn dùng để lưu trữ BĐ không sử dụng được vàomục đích khác trong thời gian dài

- Tính chất kiềm của bùn đỏ tác động có hại đến sức khỏe của con người và

đa dạng sinh học

- Việc ngăn chặn sự phát tán của kiềm từ bùn đỏ vào nước ngầm hoặc sử lýnước ngầm ô nhiễm kiềm là rất khó khăn, giá thành đắt, và vẫn phải tiếp tục cả saukhi ngừng quá trình thải bùn đỏ

- Chi phí quản lý và duy trì hồ bùn đỏ cao và liên tục tăng theo không gian

và thời gian Để phần nào hạn chế các tác hại trên, BĐ trước khi thải ra bãi thải phảiđược rửa ngược dòng 4-6 bước nhằm tận thu tối đa kiềm và đảm bảo yêu cầu môitrường Hồ chứa BĐ phải có các lớp chống thấm tốt để làm sao kiềm không thẩmthấu vào mạch nước ngầm Nước chứa kiềm trong hồ chứa bùn đỏ được thu gom vàbơm tuần hoàn về nhà máy alumin sử dụng lại

Bùn đỏ được thải ra theo 2 công nghệ: thải khô và thải ướt:

- Thải khô là bơm bùn ra hồ chứa với hàm lượng chất rắn rất cao, tiết kiệmdiện tích nhưng tốn kém và phức tạp hơn, thích hợp với những vùng có lượng bốchơi lớn hơn so với lượng mưa Điều này không phù hợp với điều kiện các tỉnh ởTây Nguyên, nơi có lượng mưa rất lớn

- Thải ướt là bơm bùn ra hồ chứa với hàm lượng chất rắn thấp hơn, đỡ tốnkém, thích hợp với các vùng có các thung lũng dễ tạo thành hồ chứa, thường ápdụng cho những vùng có lượng mưa lớn hơn so với lượng bốc hơi (thí dụ ở TâyNguyên - Việt Nam có lượng mưa gấp gần 4 lần lượng bốc hơi: lượng mưa2.400mm; lượng bốc hơi 650mm)

Theo dự án ATF–06–03 (2006-2011) về cơ sở dữ liệu bùn đỏ và hồ chứa bùn

đỏ (Bauxite Residue and Disposal Database - BraDD) do 7 nước hợp tác tiến hành,