Nghiên cứu ảnh hưởng của một số ion đến khả năng thủy phân và tồn lưu của các kim loại nặng chính có trong quặng đồng sinh quyền

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Vũ Thị Hà Mai NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ ION ĐẾN KHẢ NĂNG THỦY PHÂN VÀ TỒN LƯU CỦA CÁC KIM LOẠI NẶNG CHÍNH CÓ TRONG QUẶNG

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

Vũ Thị Hà Mai

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ ION ĐẾN KHẢ NĂNG THỦY PHÂN VÀ TỒN LƯU CỦA CÁC KIM LOẠI NẶNG CHÍNH CÓ

TRONG QUẶNG ĐỒNG SINH QUYỀN

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

HÀ NỘI - NĂM 2015

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

Vũ Thị Hà Mai

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ ION ĐẾN KHẢ NĂNG THỦY PHÂN VÀ TỒN LƯU CỦA CÁC KIM LOẠI NẶNG CHÍNH CÓ TRONG QUẶNG ĐỒNG SINH QUYỀN

Chuyên ngành : Hóa môi trường

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS TS TRẦN HỒNG CÔN

HÀ NỘI - NĂM 2015

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến các thầy giáo, cô giáo khoa Hóa học, trường Đại học Khoa học tự nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội đã trang bị kiến thức cho tôi trong suốt quá trình học tập

Đặc biệt, xin gửi lời cảm ơn trân trọng nhất đến PGS TS Trần Hồng Côn, đã tận tình hướng dẫn tôi trong suốt thời gian thực hiện luận văn

Xin gửi lời cảm ơn tới các thầy cô, anh chị, các bạn đang làm việc tại

Bộ môn Hóa môi trường đã giúp đỡ tôi trong việc thu thập, tìm tài liệu, tạo điều kiện thuận lợi trong quá trình nghiên cứu, và cho tôi những lời khuyên quý giá để luận văn có thể hoàn thiện hơn

Cuối cùng, tôi xin chân thành cảm ơn cha mẹ, anh chị em trong gia đình, bạn bè đã luôn sát cánh hỗ trợ và động viên về cả vật chất lẫn tinh thần

để tôi có thể toàn tâm, toàn ý cho công việc

Xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày 26 tháng 12 năm 2014

Học viên

Vũ Thị Hà Mai

MỤC LỤC

Lời cảm ơn

Danh mục các bảng

Danh mục các hình

Mở đầu 1

Chương 1 TỔNG QUAN 3

1.1 Sơ lược về trữ lượng quặng đồng tại Việt Nam và mỏ đồng Sinh Quyền 3

1.1.1 Trữ lượng và phân bố quặng đồng sunfua tại Việt Nam 3

1.1.2 Trữ lượng quặng đồng sunfua tại mỏ đồng Sinh Quyền 4

1.1.3 Một số loại quặng đồng sunfua 5

1.1.4 Các quy trình khai thác quặng tại Việt Nam 8

1.2 Nguy cơ ô nhiễm kim loại nặng do các bãi thải khai thác chế biến khoáng sản 13

1.2.1 Nguồn gây ô nhiễm 13

1.2.2 Con đường phát tán kim loại nặng và các chất độc hại vào môi trường 15

1.3 Tình trạng ô nhiễm tại các khu vực khai thác quặng ở Việt Nam 16

1.3.1 Tại các mỏ quặng ở Việt Nam 16

1.3.2 Tại khu vực mỏ đồng Sinh Quyền – Lào Cai 18

1.4 Quá trình phong hóa quặng sunfua 19

1.4.1 Phong hóa vật lý 19

1.4.2 Phong hóa hóa học 21

1.4.3 Phong hóa sinh học 24

1.5 Các quá trình sau phong hóa quặng sunfua 24

1.5.1 Quá trình kết tủa 25

1.5.2 Quá trình tạo phức 26

1.5.3 Quá trình thủy phân 26

1.5.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thủy phân và tạo kết tủa 27

1.6 Ảnh hưởng của kim loại nặng đến cơ thể sống và con người 28

1.6.1 Sắt 28

1.6.2 Cadmi 29

1.6.3 Chì 30

1.6.4 Coban 31

1.6.5 Crom 32

1.6.6 Đồng 33

1.6.7 Kẽm 34

1.6.8 Mangan 35

1.6.9 Niken 36

Chương 2 THỰC NGHIỆM 2.1 Đối tượng nghiên cứu 37

2.2 Mục tiêu nghiên cứu 37

2.3 Phương pháp nghiên cứu 37

2.4 Danh mục hoá chất thiết bị cần thiết cho nghiên cứu 38

2.5 Thực nghiệm 41

2.5.1 Nghiên cứu ảnh hưởng của pH tới sự thủy phân của các kim loại nặng chính có trong quặng 41

2.5.2 Ảnh hưởng của pH và nồng độ ion Fe3+ đối với sự thủy phân của các kim loại nặng 42

2.5.3 Ảnh hưởng của pH và nồng độ ion Cu2+ đối với sự thủy phân của các kim loại nặng 43

2.5.4 Ảnh hưởng của pH và tương tác của các kim loại nặng có thành phần giống quặng khi thủy phân trong điều kiện tương tự phong hóa 44

Chương 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Nghiên cứu ảnh hưởng của pH tới sự thủy phân của các kim loại nặng chính có trong quặng 45

3.2 Ảnh hưởng của pH và nồng độ ion Fe3+ đối với sự thủy phân của các kim loại nặng 50

3.3 Ảnh hưởng của pH và nồng độ ion Cu2+đối với sự thủy phân của các kim loại nặng 61

3.4 Ảnh hưởng của pH và tương tác của các kim loại nặng có thành phần giống quặng đến sự thủy phân và tồn lưu trong điều kiện tương tự phong hóa 72

KẾT LUẬN 76 TÀI LIỆU THAM KHẢO 78

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Bảng tích số tan của một số hidroxit kim loại nặng có trong

quặng đồng Bảng 2.1.a Danh mục hoá chất cần thiết cho nghiên cứu

Bảng 2.1.b Danh mục hoá chất cần thiết cho nghiên cứu

Bảng 2.2 Danh mục thiết bị cần thiết cho nghiên cứu

Bảng 2.3 Tỷ lệ các kim loại trong quặng

Bảng 3.1 Kết quả nồng độ các ion kim loại còn lại sau khi thủy phân

khi pH thay đổi

Bảng 3.2 Ảnh hưởng của pH và nồng độ ion Fe3+ đối với sự thủy phân của

Pb2+

Bảng 3.3 Ảnh hưởng của pH và nồng độ ion Fe3+ đối với sự thủy phân của

Co2+

Bảng 3.4 Ảnh hưởng của pH và nồng độ ion Fe3+ đối với sự thủy phân của

Ni2+

Bảng 3.5 Ảnh hưởng của pH và nồng độ ion Fe3+ đối với sự thủy phân của

Cr3+

Bảng 3.6 Ảnh hưởng của pH và nồng độ ion Fe3+ đối với sự thủy phân của

Mn2+

Bảng 3.7 Ảnh hưởng của pH và nồng độ ion Fe3+ đối với sự thủy phân của

Cd2+

Bảng 3.8 Ảnh hưởng của pH và nồng độ ion Fe3+đối với sự thủy phân của

Zn2+

Bảng 3.9 Ảnh hưởng của pH và nồng độ ion Cu2+ đối với sự thủy phân

của Pb2+

Bảng 3.10 Ảnh hưởng của pH và nồng độ ion Cu2+

đối với sự thủy phân của Co2+

Bảng 3.11 Ảnh hưởng của pH và nồng độ ion Cu2+ đối với sự thủy phân

của Ni2+

Bảng 3.12 Ảnh hưởng của pH và nồng độ ion Cu2+ đối với sự thủy phân

của Mn2+

Bảng 3.13 Ảnh hưởng của pH và nồng độ ion Cu2+ đối với sự thủy phân

của Cr3+

Bảng 3.14 Ảnh hưởng của pH và nồng độ ion Cu2+ đối với sự thủy phân

của Cd2+

Bảng 3.15 Ảnh hưởng của pH và nồng độ ion Cu2+ đối với sự thủy phân

của Zn2+

Bảng 3.16 Ảnh hưởng của pH và tương tác của các ion có thành phần, tỷ lệ

tương tự quặng đối với sự thủy phân của các ion còn lại

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 3.1 Khảo sát ảnh hưởng của pH

Hình 3.2 Ảnh hưởng của pH và nồng độ ion Fe3+ đối với sự thủy phân của Pb2+

Hình 3.3 Ảnh hưởng của pH và nồng độ ion Fe3+ đối với sự thủy phân của Co2+

Hình 3.4 Ảnh hưởng của pH và nồng độ ion Fe3+ đối với sự thủy phân của Ni2+

Hình 3.5 Ảnh hưởng của pH và nồng độ ion Fe3+ đối với sự thủy phân của Cr3+

Hình 3.6 Ảnh hưởng của pH và nồng độ ion Fe3+ đối với sự thủy phân của Mn2+

Hình 3.7 Ảnh hưởng của pH và nồng độ ion Fe3+ đối với sự thủy phân của Cd2+

Hình 3.8 Ảnh hưởng của pH và nồng độ ion Fe3+đối với sự thủy phân của Zn2+

Hình 3.9 Ảnh hưởng của pH và nồng độ ion Cu2+ đối với sự thủy phân của Pb2+

Hình 3.10 Ảnh hưởng của pH và nồng độ ion Cu2+

đối với sự thủy phân của Co2+ Hình 3.11 Ảnh hưởng của pH và nồng độ ion Cu2+ đối với sự thủy phân của Ni2+

Hình 3.12 Ảnh hưởng của pH và nồng độ ion Cu2+ đối với sự thủy phân của Mn2+

Hình 3.13 Ảnh hưởng của pH và nồng độ ion Cu2+ đối với sự thủy phân của Cr3+ Hình 3.14 Ảnh hưởng của pH và nồng độ ion Cu2+ đối với sự thủy phân của Cd2+

Hình 3.15 Ảnh hưởng của pH và nồng độ ion Cu2+ đối với sự thủy phân của Zn2+

Hình 3.16 Ảnh hưởng của pH và tương tác của các ion có thành phần, tỷ lệ tương

tự quặng đối với sự thủy phân của các ion còn lại

MỞ ĐẦU

Hiện nay, với sự phát triển như vũ bão của các ngành công nghiệp, nhu cầu sử dụng kim loại ngày càng tăng Ngoài việc nhập một lượng kim loại với chi phí cao thì nước ta tận dụng triệt để trữ lượng tài nguyên khoáng sản tương đối lớn và đa dạng Tuy nhiên, việc khai thác khoáng sản đã và đang để lại những hậu quả nghiêm trọng cho môi trường

Trong tự nhiên có khoảng hơn 70 kim loại nặng, đó là các kim loại có tỉ khối lớn hơn 5 gam/cm3 Kim loại nặng có hầu hết trong các mỏ khoáng sản với hàm lượng khác nhau, tuỳ thuộc vào từng loại khoáng sản và từng vùng địa chất khác nhau Trong các kim loại nặng, chỉ có một số nguyên tố là cần thiết cho cơ thể sống và con người ở một giới hạn cho phép nào đấy, chúng là các nguyên tố vi lượng như: Cu, Zn, Mn, Mo… nhưng khi hàm lượng vượt quá giới hạn cho phép đó, chúng sẽ gây độc hại nghiêm trọng cho cơ thể Tuy nhiên khả năng gây độc của các kim loại nặng hoàn toàn phụ thuộc vào trạng thái tồn tại của chúng Trong hoạt động khai thác khoáng sản, con người đã làm biến đổi trạng thái tồn tại của các kim loại nặng, chuyển chúng thành các dạng ion tự do đi vào môi trường đất, môi trường nước hoặc các hạt bụi có kích thước nhỏ bé trong không khí có thể xâm nhập vào cơ thể con người thông qua đường tiêu hóa và hô hấp, dẫn đến sự nhiễm độc Đa số các kim loại nặng với đặc tính bền vững trong môi trường, có khả năng gây độc ở liều lượng thấp và tích luỹ lâu dài trong chuỗi thức ăn, vì vậy nó cũng được xem là một chất thải nguy hại

Mỏ đồng Sinh Quyền – Lào Cai có trữ lượng gần 100 triệu tấn quặng, là nguồn lợi cho rất nhiều nhà đầu tư trong việc khai thác Do năng lực có hạn, trang thiết bị đang còn thô sơ, lạc hậu, các quy trình khai thác phần lớn theo thủ công, chưa đảm bảo các quy định về bảo vệ môi trường nên sau khi lấy được phần quặng giàu và các kim loại cần khai thác thì bỏ đi toàn bộ phần quặng nghèo và khoáng sản đi cùng Các kim loại nặng có trong quặng, dưới tác dụng của quá trình phong hóa tự nhiên sẽ bị phân

hủy, thủy phân, hòa tan hoặc kết tủa để vận chuyển hoặc tồn lưu, có ảnh hưởng to lớn đến môi trường sinh thái tại địa phương, ảnh hưởng đến sức khỏe của con người và

động thực vật Vì vậy, chúng tôi lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu ảnh hưởng của một số ion đến khả năng thủy phân và tồn lưu của các kim loại nặng chính có trong quặng đồng Sinh Quyền”

TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt

1 Doãn Văn Kiệt, Một số nguyên tố vi lượng thường gặp trong nước và ảnh hưởng của chúng, Đại học tây Bắc

2 Đỗ Thị Vân Thanh – Trịnh Hân (2011), Khoáng vật học, nhà xuất bản Đại học

Quốc gia Hà Nội

3 Đào Thị Phương Diệp, Đỗ Văn Huê (2007), Giáo trình hóa học phân tích, Nhà

xuất bản Đại học Sư phạm

4 Đặng Trung Thuận (2000), Giáo trình địa hoá học, Đại học quốc gia Hà Nội

5 Hồ Sĩ Giao, Mai Thế Toàn (2011), Những điểm nóng môi trường trong hoạt động khai thác mỏ ở Việt Nam, Hội nghị khoa học kỹ thuật mỏ quốc tế 2010

6 Hoàng Nhâm(2001), Hoá học vô cơ, tập 2,3, Nhà xuất bản giáo dục

7 Lâm Ngọc Thụ (2005), Cơ sở Hóa học phân tích, NXB Đại học Quốc gia Hà

Nội

8 Nguyễn Thị Kim Dung (2011), Nghiên cứu quá trình ô nhiễm asen và mangan trong nước dưới tác động của môi trường oxi hoá khử tự nhiên và ứng dụng xử

lý chúng tại nguồn, Luận án tiến sĩ Hoá học, Đại học Quốc gia Hà Nội

9 Nguyễn Thị Thuỳ Dương (2007), Nghiên cứu mối quan hệ giữa môi trường nuôi trồng tới khả năng tích luỹ một số kim loại nặng của loài Nghêu(Meretrixlyrata) tại xóm I-II, xã Nam Thịnh, huyện Tiền Hải, tỉnh Thái Bình, Khoá luận tốt

nghiệp Đại học, Đại học dân lập Hải Phòng

10 Nguyễn Tinh Dung (1998), Hóa học phân tích II, Các phản ứng ion trong dung dịch nước, Nhà xuất bản Giáo dục

11 Phạm Ngọc Hồ-Đồng Kim Loan-Trịnh Thị Thanh (2010), Giáo trình cơ sở môi trường nước, Nhà xuất bản giáo dục

12 Phạm Tích Xuân (2011), Nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng của các bãi thải khai thác và chế biến khoáng sản kim loại đến môi trường và sức khỏe con người và

đề xuất biện pháp giảm thiểu, Chương trình KHCN cấp nhà nước, Bộ Khoa học

và Công nghệ

13 Tuấn Nghĩa (2011), Kiểm soát ô nhiễm môi trường mỏ, Báo kinh tế đối ngoại

14 Trần Thị Bính, Phùng Tiến Đạt, Lê Viết Phùng, Phạm Văn Thường (1999), Hóa học Công nghệ và Môi trường, Nhà xuất bản Giáo dục

15 Trần Tứ Hiếu, Nguyễn Văn Nội (2008), Cơ sở Hoá học môi trường, Đại học

Quốc gia Hà Nội

16 Trần Tuấn Anh (2010), Nghiên cứu thành phần đi kèm trong các kiểu tụ khoáng kim loại cơ bản và kim loại quý hiếm có triển vọng ở miền Bắc Việt Nam nhằm nâng cao hiệu quả khái thác chế biến khoáng sản và bảo vệ môi trường,

Chương trình KHCN cấp nhà nước, Bộ Khoa học và Công nghệ

Tiếng Anh

17 Bates, M.N., Smith, A.H., and Hopenhayn-Rich, C (1992), Arsenic ingestion and internal cancers a review, Am.J.Epidemiol.135:462-476

18 Churl Gyu Lee,Hyo-Teak Chon, Myung Chae Jung (2011), “Heavy metal contamination in the vicinity of the Daduk Au-Ag-Pb-Zn mine in Korea”,

Applied Geochemistry 16 (2011) 1377-1386

19 Cunningham, W.P and Saigo, B.W (2001), Environmental Science: A global

20 Global Mining Campaign (2001), “The impact of handrock mining on the

environment and human health”, Uccn puplished paper International Meeting, Warrenton, Virginia, USA September 15-19, 2001, 10pp

21 Iyengar V, Nair p (2000), “Global outlook on nutrition and the environment: meeting the challenges of the next millennium”, Science Total Environmental;

249; 331-46

22 Jame W Moore, S Ramamoorthy (1984), Heavy metal in natural waters,

Springer-Verlag Nework Berlin Heidelberg Tokyo

23 Lacatusu R, Rauta C, Carstea S, ghelase I (1996), “Soil-plant-man relationships in heavy metal polluted area in Romania”, Appl Geochem;

10:105-7

24 Liu H, Probst A, Liao B (2005), “Metal contamination of soils and crops affected by the Chenzhou lead/zinc mine spill” (Human China) science of the

Total Environment 339:53-166

25 Manfred Felician Bitala (2008), Evaluation of heavy metals pollution in soil and plants ảccued from gold mining activities in Geita, Tanzana, University of Dar

es Salaam

26 Montgomery CW (2003), Environment Geology, 6th edition McGraw-hill Companies, Inc., 1221 Aveneu of the Americans, New York

27 Moran, J.M, Morgan, M.D and Wiersma, J.H (1980), Introduction to environmental science, W.H.Freeman Company, Sanfrancisco

28 Paul Leslie Brown (1984), Studies on the hydrolysis of metal ions, University of

Wollongong

29 Plunket E.R (1987), handbook of industrial toxicity, 3rd edition, Edward Amold Ltd, Victoria, Australia

30 Robert A Alberty (1968), Effect of pH and metal ion concentration on the Equilibrium hydrolysis of adenosine triphosphate to adenosine diphosphate,

The journal of Biological chemistry 243, 1337 – 1343

31 Teng Yanguo, Ni Shijun, Jiao Pengcheng, Deng Jian, Zhang Chengjiang, and

Wang Jinsheng, “Eco-Environmental Geochemistry ò heavy metal pollution in Dexing Mining Area”, Vol.23 No.4 Chinese journal of geochemistry

32 Tu’’rkdogan MK, Kilicel Fevzi, Kara Lazim, tuncer Ilyas, Uygan Ismail (2003),

“Heavy metals in soil, vegetables aand fruits in the endemic upper gastrointestinal cancer region of Turkey”, Environ Toxicon Pharmacol;

13(3):175-9

33 UNEP, WWF, EPA, SEDESOL and VROM (1995), Mining support package: metallic Ores and Minerals, Proceedings of the fourth International Conference

on environmental compliance and forcement, April 1996, Bankok Thailand

34 WHO, FAO and IAEA (1996), trace elements in human nutrition and health,

WHO, Geneva

35 Williams, L.K and Langley, R.L, (2001), Environmental health secrets, Hanley

and Belfus, Inc, Philadelphia