Nghiên cứu đặc tính nước thải từ khai thác chế biến quặng phóng xạ và khả năng sử dụng vật liệu khoáng để xử lý

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN --- NGUYỄN TIẾN DẦN NGHIÊN CỨU ĐẶC TÍNH NƯỚC THẢI TỪ KHAI THÁC CHẾ BIẾN QUẶNG PHÓNG XẠ VÀ KHẢ NĂNG SỬ DỤNG VẬT LIỆU KHOÁNG ĐỂ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

-

NGUYỄN TIẾN DẦN

NGHIÊN CỨU ĐẶC TÍNH NƯỚC THẢI TỪ KHAI THÁC CHẾ BIẾN QUẶNG PHÓNG XẠ VÀ KHẢ NĂNG SỬ DỤNG VẬT LIỆU

KHOÁNG ĐỂ XỬ LÝ

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

-

NGUYỄN TIẾN DẦN

NGHIÊN CỨU ĐẶC TÍNH NƯỚC THẢI TỪ KHAI THÁC CHẾ BIẾN QUẶNG PHÓNG XẠ VÀ KHẢ NĂNG SỬ DỤNG VẬT LIỆU

KHOÁNG ĐỂ XỬ LÝ

Chuyên ngành: Khoa học Môi trường

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

PGS.TSKH Nguyễn Xuân Hải

Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG HN

TS Nguyễn Thúy Lan

Trung tâm Môi trường Công nghiệp

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu khoa học độc lập của riêng tôi Các thông tin trích dẫn trong luận văn đều đã được chỉ rõ nguồn gốc Các số liệu sử dụng, kết quả nghiên cứu nêu trong luận văn do tôi tự tìm hiểu, phân tích một cách trung thực, khách quan, phù hợp với thực tiễn của địa bàn nghiên cứu và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Học viên

Nguyễn Tiến Dần

LỜI CẢM ƠN

Trong suốt quá trình học tập và hoàn thành luận văn này, tôi đã nhận được sự hướng dẫn, giúp đỡ quý báu của các thầy cô, các anh chị và các bạn Với lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc tôi xin được bày tỏ lới cảm ơn chân thành tới:

PGS.TSKH Nguyễn Xuân Hải đã hết lòng giúp đỡ, dạy bảo và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình học tập và hoàn thành luận văn tốt nghiệp

Tiến sĩ Nguyễn Thúy Lan và tập thể cán bộ Trung tâm Môi trường Công nghiệp - Viện Khoa học công nghệ Mỏ luyện kim - Bộ Công thương, các bạn bè đồng nghiệp đã tạo mọi điều kiện giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn

Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy giáo, cô giáo, cán bộ của Bộ Môn Khoa học Đất đã truyền đạt kiến thức cho tôi trong quá trình học tập tại Bộ môn, cũng như gia đình, bạn bè đã khuyến khích, động viên tạo mọi điều kiện thuận lợi giúp tôi hoàn thành luận văn này

Xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày 16 tháng 3 năm 2016

TÁC GIẢ LUẬN VĂN

Nguyễn Tiến Dần

MỤC LỤC

DANH MỤC BẢNG ii

DANH MỤC HÌNH iii

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT iv

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 3

1.1 Thực trạng khai thác và chế biến quặng phóng xạ tại Việt Nam 3

1.2 Tổng quan một số vật liệu khoáng trong xử lý nước thải chứa phóng xạ 7

1.3 Tổng quan công nghệ xử lý nước thải phóng xạ sử dụng vật liệu khoáng tự nhiên trên thế giới và trong nước 15

CHƯƠNG 2: MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 34

2.1 Mục tiêu nghiên cứu 34

2.2 Đối tượng nghiên cứu 34

2.3 Nội dung nghiên cứu 34

2.4 Phương pháp nghiên cứu 35

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 39

3.1 Đặc tính nước thải từ khai thác và chế biến quặng phóng xạ 39

3.2 Đánh giá khả năng sử dụng một số vật liệu khoáng trong xử lý nước thải từ quá trình khai thác và chế biến quặng phóng xạ 47

3.3 Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải chứa phóng xạ trên khoáng Bentonit 61

KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ 68

1 Kết luận 68

2 Khuyến nghị 68

TÀI LIỆU THAM KHẢO 70

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Quy mô công suất và sản phẩm của nhà máy dự kiến 6

Bảng 1.2 Ảnh hưởng của các dạng khoáng Zeolit cation đến khả năng hấp phụ 17

Bảng 1.3 So sánh hiệu quả xử lý các hạt phân phóng xạ 24

Bảng 3.1 Hàm lượng Radi trong mẫu nước khu mỏ Kỳ Khang và Cẩm Xuyên Hà Tĩnh 40

Bảng 3.2 Hàm lượng các nguyên tố phóng xạ và KLN trong phần thải lỏng 44

Bảng 3.3 Kết quả phân tích thành phần hóa học trong mẫu nước thải của mẫu nghiên cứu công nghệ chế biến quặng Urani mỏ Pà Lừa, Quảng Nam 45

Bảng 3.4 Thành phần các nguyên tố hóa học trong một số mẫu nước thải của quá trình chế biến U sử dụng H2SO4 46

Bảng 3.5 Xác định dung lượng hấp phụ của Zeolit đối với Urani và Thori 47

Bảng 3.6 Thời gian đạt cân bằng hấp phụ của Zeolit với Urani và Thori 48

Bảng 3.7 Nồng độ U và Th trong dung dịch sau khi hấp phụ 51

Bảng 3.8 Khả năng hấp phụ Urani và Thori của Zeolit NaA – CN93 52

Bảng 3.9 Ảnh hưởng của thời gian đến độ hấp phụ của Laterit với U và Th 53

Bảng 3.10 Ảnh hưởng của pH tới khả năng hấp phụ của vật liệu 55

Bảng 3.11 Khả năng hấp phụ Urani của vật liệu 57

Bảng 3.12 Ảnh hưởng của thời gian tới khả năng hấp phụ các ion kim loại trên Bentonit 58

Bảng 3.13 Ảnh hưởng của pH dung dịch tới khả năng hấp phụ các ion kim loại trên Bentonit 59

Bảng 3.14 Dung lượng hấp phụ trên Bentonit, Laterit và Zeolit 61

Bảng 3.15 Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất hấp phụ ion UO2 2+ , Th 4+ , trên VLHP 63

Bảng 3.16 Các số liệu thực nghiệm xác định dung lượng hấp phụ 64

Bảng 3.17 Kết quả xử lý nước thải của quá trình chế biến quặng Urani 66

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 So sánh khả năng hấp phụ của các vật liệu khác nhau đối với U 21 Hình 1.2 Sự hấp phụ các chất phóng xạ Sr2+ (▲), Am3+(×) và Eu3+ (•) lên Apatite II trong dung dịch NaNO3 0,01 mol/dm–3 với các giá trị pH tương đương[31] 22 Hình 3.1 Sơ đồ thủy luyện quặng U bằng phương pháp hòa tách đống 43 Hình 3.2 Đặc tính hấp phụ U và Th của Zeolit NaA-CN93 theo thời gian 49 Hình 3.3 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của độ pH dung dịch đến khả năng hấp phụ Urani và Thori của Zeolit NaA-CN93 50 Hình 3.4 Đặc tính hấp phụ đồng thời của Zeolit NaA – CN93 đối với Urani và Thori 51 Hình 3.5 Đồ thị thể hiện sự ảnh hưởng của thời gian đến khả năng hấp phụ của vật liệu Laterit 54 Hình 3.6 Đồ thị thể hiện sự ảnh hưởng của độ pH đến khả năng hấp phụ của vật liệu Laterit 56 Hình 3.7 Ảnh hưởng của thời gian tới khả năng hấp phụ các ion kim loại trên Bentonit 59 Hình 3.8 Ảnh hưởng của pH dung dịch tới khả năng hấp phụ các ion kim loại trên Bentonit 60 Hình 3.9 Ảnh hưởng của pH đến quá trình hấp phụ ion UO2+

2 , Th4+ trên VLHP 64 Hình 3.10 Đường cong hấp phụ của UO2+

2 , Th4+ trên VLHP 65

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

BKHVCN Bộ Khoa học và Công nghệ

ĐTM Đánh giá tác động môi trường

EDTA Ethylendiamin Tetraacetic Acid

KTCB Khai thác chế biến

HSPL Hệ số pha loãng

QCVN Quy chuẩn Việt Nam

REE Rare Earth Elements (Các nguyên đất hiếm)

REO Ôxit đất hiếm (Rare Earth Oxides)

TREO Tổng lượng ô xit đất hiếm (Total Rare Earth Oxides) TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam

TNHH Trách nhiệm hữu hạn

UBND Ủy ban nhân dân

VLHP Vật liệu hấp phụ

MỞ ĐẦU

Quặng phóng xạ được hiểu là các quặng Urani, Thori, Titan, đất hiếm

mà trước hết là Urani và các loại khoáng sản cộng sinh đồng hành với các chất phóng xạ Trong các loại khoáng sản cộng sinh đồng hành với các chất phóng xạ ở nước ta, có hai loại khoáng sản có trữ lượng lớn nhất, đã, đang và

sẽ được đầu tư khai thác, chế biến với quy mô lớn nhất là quặng sa khoáng Titan ven biển và quặng đất hiếm Đối với quặng Urani, hiện nay nước ta mới chỉ nghiên cứu trên quy mô pilot

Theo ngân hàng dữ liệu các mỏ Titan toàn quốc - Tài liệu địa chất

2005, trên địa bàn 13 tỉnh ven biển nước ta có 26 mỏ Titan chứa phóng xạ đã

và đang được khai thác, chế biến với quy mô và mức độ khác nhau

Trên cơ sở các nghiên cứu và điều tra khảo sát của luận văn, tác giả tập trung trình bày nguồn gốc phát sinh, đặc tính và nghiên cứu khả năng xử lý nước thải phóng xạ trong khai thác, chế biến quặng sa khoáng Titan ven biển, quặng đất hiếm và quặng Urani

Theo quy định tại Dự thảo Thông tư liên tịch giữa Bộ Khoa học và

Công nghệ và Bộ Tài nguyên và Môi trường Quy định về bảo đảm an toàn bức xạ trong thăm dò, khai thác, chế biến quặng phóng xạ, quặng phóng xạ

bao gồm: quặng Urani và Thori; các loại quặng khác làm phát sinh các sản phẩm thứ cấp hoặc chất thải có hàm lượng các nhân phóng xạ có nguồn gốc

tự nhiên lớn hơn mức miễn trừ khai báo, cấp giấy phép theo quy định tại Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia QCVN 05:2010/BKHCN về an toàn bức xạ - miễn trừ khai báo, cấp giấy phép

Trong các nguồn phát thải ra môi trường thì nước thải chứa phóng xạ

có nguy cơ gây ô nhiễm và lan rộng hơn cả Nước thải từ quá trình khai thác

và chế biến quặng Titan, quặng đất hiếm, quặng Urani chứa nhiều thành phần phóng xạ như Urani, Thori vượt ngưỡng cho phép nhiều lần Các nghiên cứu

để xử lý các thành phần phóng xạ trong nước đang được các nhà khoa học

trên thế giới và trong nước tiến hành với nhiều hướng khác nhau Trên cơ sở hiện trạng khai thác chế quặng phóng xạ trên lãnh thổ nước Việt Nam, cũng như sự có sẵn các vật liệu tự nhiên có khả năng xử lý nước thải phóng xạ, tác

giả tiến hành đề tài: “Nghiên cứu đặc tính nước thải từ khai thác chế biến quặng phóng xạ và khả năng sử dụng vật liệu khoáng để xử lý” Đề tài tiến

hành nhằm một số mục tiêu như sau:

Nghiên cứu thực trạng phát sinh, đặc điểm của nước thải từ quá trình khai thác và chế biến quặng phóng xạ ở Việt Nam

Nghiên cứu, đánh giá khả năng sử dụng một số vật liệu khoáng (Zeolit, Laterit, Bentonit) trong xử lý mẫu chuẩn chứa phóng xạ trong phòng thí nghiệm

Nghiên cứu, đánh giá khả năng xử lý của vật liệu khoáng có khả năng

xử lý nước thải chứa phóng xạ từ thực nghiệm

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1 Thực trạng khai thác và chế biến quặng phóng xạ tại Việt Nam

1.1.1 Khai thác và chế biến quặng Titan

Ngành khai thác và chế biến Titan ở Việt Nam đã có bề dày hàng chục năm phát triển, từ quy mô tự phát với công nghệ lạc hậu và hiện nay ngành Titan đã có những bước phát triển mạnh mẽ cả về kỹ thuật và quy mô sản xuất Ngành Titan nước ta đã có những vị trí nhất định trong ngành Titan thế giới với tư cách là nhà cung cấp nguyên liệu cho các tập đoàn và công ty lớn như Công ty Dupont, Sumitomo, Sakai, Tayca (Nhật); Cosmo (Hàn Quốc) Trong vài năm qua, ngành đã đóng góp một phần không nhỏ về mặt kinh tế -

xã hội như tạo công ăn việc làm cho hàng vạn nguời lao động, dịch chuyển cơ cấu sản xuất và đa dạng hóa sản phẩm, phát triển cơ sở hạ tầng khu vực như điện, trường học, đường giao thông, đưa nền công nghiệp địa phương nơi có ngành khai thác Titan và các khu vực lân cận phát triển, cải thiện đời sống nhân dân các tỉnh nghèo ven biển, đặc biệt là đối với các tỉnh ven biển miền Trung và Nam Trung Bộ như Hà Tĩnh, Quảng Nam và Bình Định

a) Về khai thác và tuyển quặng:

Theo báo cáo của Vụ Công nghiệp nặng, Bộ Công Thương tại Hội nghị thường niên Hiệp hội Titan Việt Nam 2014 thì đến thời điểm hiện tại trên địa bàn cả nước còn khoảng 30 giấy phép khai thác khoáng sản Titan còn hiệu lực, trữ lượng theo giấy phép khoảng 15 triệu tấn khoáng vật nặng (KVN), công suất khoảng 1,2 triệu tấn /năm

Theo thống kê sản lượng khai thác Titan từ năm 2006-2013 khoảng 5,2 triệu tấn KVN Công nghệ khai thác, tuyển Titan được các doanh nghiệp sử dụng theo hình thức cuốn chiếu, sử dụng máy bơm hút kết hợp hệ thống tuyển thô bằng vít đặt trên bè di động theo khai trường, thải trong (hồ thải liên thông với hồ khai thác, thu hồi nước tuần hoàn ngay trong hồ)

tăng thực thu trong khâu tuyển thô cũng như tuyển vét trong tuyển tinh và sử dụng công nghệ tuyển từ ướt có cường độ cũng như hạn chế ô nhiễm môi trường do nóng, bụi, khí độc phát sinh trong quá trình sấy Đây là hình thức khai thác-tuyển được sử dụng rộng rãi ở các nước trong khu vực và trên thế giới (chủ yếu đối với quặng sa khoáng)

Công nghệ thiết bị sử dụng cho khai thác-tuyển quặng Titan chủ yếu nhập khẩu từ Trung Quốc, đầu tư chủ yếu tự phát Nhà nước chưa có tiêu chuẩn, quy chuẩn nào cho công nghệ, thiết bị sử dụng, cũng như chưa định hướng cho doanh nghiệp phải xây dựng công nghệ khai thác-tuyển hiện đại, thân thiện với môi trường

Các mỏ Titan thường nằm phân tán, việc phát triển nóng ở một số địa phương dẫn tới cấp phép cho nhiều doanh nghiệp, ý thức hợp tác, liên kết để đầu tư cho các tổ hợp khai thác, tuyển quặng Titan quy mô lớn giữa các doanh nghiệp trong nước còn hạn chế Do vậy còn tồn tại nhiều cơ sở khai thác, chế biến quy mô nhỏ, công nghệ lạc hậu, gây ô nhiễm môi trường

b) Về chế biến sâu quặng Titan:

Tính đến nay trên địa bàn cả nước mới có 2 nhà máy sản xuất ilmenit hoàn nguyên công suất 20.000 tấn/năm và 5 nhà máy luyện xỉ đã sản xuất giai đoạn 1 với công suất 84.000 tấn/năm (Thái Nguyên có 1 nhà máy; Bình Định

có 3 nhà máy và Huế có 1 nhà máy) và có khoảng 11 dây chuyền/xưởng nghiền bột zircon mịn, siêu mịn, rutil mịn

Các dự án rutil nhân tạo và Titan pigment đến nay vẫn chưa thực hiện được

Việc đầu tư các dự án này chậm theo tiến độ, có nhiều nguyên nhân dẫn tới sự chậm trễ này Song nguyên nhân chủ yếu do một số doanh nghiệp được

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tiếng Việt

1 Bộ Công Thương (2011), “Quy hoạch chi tiết thăm dò, khai thác, chế biến và sử dụng quặng phóng xạ giai đoạn đến năm 2020, có xét đến năm 2030”, lưu trữ Bộ Công Thương;

2 Bộ Tài nguyên và Môi trường (2011), “Báo cáo tổng hợp về thẩm định

và phê duyệt báo cáo ĐTM dự án khai thác Titan”;

3 Bộ Tài nguyên và Môi trường (2013), Báo cáo tổng kết nhiệm vụ cấp

Bộ “Xử lý mẫu công nghệ thu nhận Urani” thuộc Đề án “Thăm dò quặng Urani khu Pà Lừa-Pà Rồng, Huyện Nam Giang, tỉnh Quảng Nam”;

4 Bộ Tài nguyên và Môi trường (2013), “Hướng dẫn kỹ thuật lập báo cáo ĐTM cho Dự án chế biến đất hiếm”;

5 Lê Văn Cát (1999), “Cơ sở hóa học và kỹ thuật xử lý nước”, Nxb

Thanh niên

6 Công ty cổ phần đất hiếm Lai Châu – Vimico (2012), “Dự án đầu tư xây dựng công trình khai thác và chế biến quặng đất hiếm mỏ Đông Pao, huyện Tam Đường, tỉnh Lai Châu”, Lưu trữ Bộ Tài nguyên và

Môi trường;

7 Công ty TNHH sản xuất và thương mại Chiến Thắng – Ninh Thuận

(2012), “Dự án nhà máy tuyển tinh quặng và chế biến xỉ Titan”;

8 Công ty Cổ phần Rạng Đông (2013) “Dự án khu công nghiệp tập trung khoáng sản Titan Sông Bình”;

9 Công ty cổ phần đất hiếm Lai Châu – Vimico (2013) “Dự án đầu tư xây dựng nhà máy thủy luyện đất hiếm Đông Pao Lai Châu”; Lưu trữ

Bộ Tài nguyên và Môi trường;

10 Công ty Cổ phần tập đoàn Thái Dương (2011), “Dự án xây dựng nhà máy thủy luyện – chế biến oxit đất hiếm tại xã Yên Phú, huyện Văn Yên, tỉnh Yên Bái”, Lưu trữ Bộ Tài nguyên và Môi trường;

11 Đặng Văn Đường và nnk (2003), “Quá trình trao đổi hai loại cation Na+, Cs+ trên Zeolit NaA và ứng dụng thử nghiệm xử lý mẫu nước nhiễm phóng xạ 137Cs”, Hội nghị Hóa học toàn quốc lần thứ IV

12 Lò Văn Huynh, Lê Văn Cát, Mai Xuân Kỳ (2001), “Động học hấp phụ p- nitroanilin trên than hoạt tính”, Tạp chí hóa học T34, số 3, Tr 5-9;

13 Hiệp hội Titan Việt Nam (2014), “Báo cáo tham luận họp thường niên Hiệp hội Titan Việt Nam”;

14 Hội Khoa học kỹ thuật Đúc – Luyện kim Việt nam (2013), “Báo cáo tham luận Hội thảo Khoa học tư vấn phát triển công nghiệp đất hiếm Việt Nam”;

15 Trần Hồng Hà (2001), “Nghiên cứu khả năng sử dụng silicagen để xử

lý một số ion kim loại trong nước thải Luận án tiến sĩ kỹ thuật”;

16 Nguyễn Văn Phất (1997), “Một số thông tin về cấu trúc rây phân tử

Co APO- 5 nhận được từ phép đo TG- DTA”, Tuyển tập báo cáo toàn

văn hội nghị toàn quốc các đề tài nghiên cứu khoa học cơ bản trong lĩnh vực hóa lý và hóa lý thuyết;

17 Lê Khánh Phồn (2011), “Phân tích đánh giá tình hình tuân thủ các quy