...Nguyễn Hữu Long.pdf

1 MỞ ĐẦU Bauxit là một trong những khoáng sản phổ biến trên bề mặt Trái đất để chế biến thành nhôm kim loại và là một trong những nguồn tài nguyên khoáng sản có trữ lượng rất lớn của Vi

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI

KHOA MÔI TRƯỜNG -

 -

NGUYỄN HỮU LONG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

‟ Nghiên cứu khả năng hấp phụ Asen trong nước bằng Bùn đỏ

biến tính’’

Hà Nội, Tháng 02 năm 2014

TRƯỜNG ĐH TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI

KHOA MÔI TRƯỜNG

NGUYễN HữU LONG

Đồ ÁN TốT NGHIệP

‟ Nghiên cứu khả năng hấp phụ Asen trong nước bằng Bùn đỏ

biến tính’’

Chuyên Ngành: Công nghệ Kỹ thuật môi trường

Mã ngành: D510406

Người hướng dẫn:

TS Dương Tuấn Hưng ThS Trịnh Thị Thủy

Hà Nội, tháng 02 năm 2014

LỜI CẢM ƠN

Với lòng biết ơn sâu sắc em xin chân thành cảm ơn TS Dương Tuấn Hưng, ThS Trịnh Thị Thủy người đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ em trong quá trình học tập, thực tập và làm đồ án tốt nghiệp

Em xin chân thành cảm ơn toàn thể các bác, các cô, chú, anh, chị trong phòng khoa học phân tích và hoá chất tinh khiết - Viện Hoá Học - Viện Hàn Lâm Khoa Học và Công Nghệ Việt Nam đã nhiệt tình hướng dẫn chỉ bảo em trong quá trình làm đồ án tốt nghiệp

Em cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành tới các thầy giáo, cô giáo trong Khoa Môi trường - Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội, gia đình

và bạn bè đã tận tình giúp đỡ, động viên em trong quá trình thực hiện đồ án

Hà Nội, tháng 1 năm 2014

Sinh viên

Nguyễn Hữu Long

M ỤC LỤC

Mục lục i

Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt ii

Danh mục các bảng iii

Danh mục các hình iv

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 3

1.1 Tình hình khai thác và chế biến bauxit ở Việt Nam và Thế giới 3

1.1.1 Tình hình khai thác và chế biến bauxit trên Thế giới 3

1.1.2 Tình hình khai thác và chế biến bauxit ở Việt Nam 5

1.2 Công nghệ thải bùn đỏ và đặc tính của bùn đỏ 7

1.2.1 Công nghệ thải bùn đỏ 7

1.2.2 Thành phần và tính chất của bùn đỏ 8

1.2.3 Định hướng xử lý bùn đỏ 10

1.3 Các phương pháp phân tích xác định thành phần và tính chất bùn đỏ 11

1.3.1 Phương pháp phổ nhiễu xạ tia X 11

1.3.2 Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử 12

1.3.2.1 Nguyên tắc của phép đo 12

1.3.2.2 Trang bị của phép đo 14

1.3.3 Các phương pháp phân tích hóa học 16

1.3.3.1 Phương pháp phân tích khối lượng: 16

1.3.3.2 Phương pháp phân tích thể tích: 16

1.4 Vấn đề ô nhiễm asen trong nước ngầm 17

1.4.1 Hiện trạng ô nhiễm Asen trong nước ngầm tại Việt Nam 17

1.4.2 Độc tính của Asen 17

1.5 Các phương pháp phân tích Asen trong nước 18

1.6 Các Phương pháp xử lý Asen 18

CHƯƠNG 2 THỰC NGHIỆM 21

2.1 Đối tượng nghiên cứu 21

2.2 Nội dung nghiên cứu 21

2.3 Trang thiết bị và hóa chất phục vụ nghiên cứu 21

2.3.1 Trang thiết bị 21

2.3.2 Hóa chất và dụng cụ 21

2.4 Tiến hành thực nghiệm 22

2.4.1 Lấy mẫu Bùn đỏ 22

2.4.2 Hoạt hóa bùn đỏ 22

2.4.3 Phân tích hàm lượng Asen trong nước 22

2.4.4 Đánh giá khả năng hấp phụ asen của bùn đỏ 25

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BIỆN LUẬN 26

3.1 Kết quả phân tích thành phần Bùn đỏ 26

3.2 Kết quả xác định cấu trúc pha của Bùn đỏ 26

3.3 Kết quả xác định cấu trúc pha của bùn đỏ sau khi hoạt hóa bằng nhiệt 28

3.4 Nghiên cứu khảo sát các điều kiện hấp phụ asen 33

3.4.1 Nghiên cứu lựa chọn điều kiện hoạt hóa và pH hấp phụ tối ưu 33

3.4.2 Nghiên cứu lựa chọn thời gian hấp phụ tối ưu 40

3.4.3 Nghiên cứu khả năng hấp phụ đối với As(V) 42

KẾT LUẬN 46

TÀI LIỆU THAM KHẢO 47

1

MỞ ĐẦU

Bauxit là một trong những khoáng sản phổ biến trên bề mặt Trái đất để chế biến thành nhôm kim loại và là một trong những nguồn tài nguyên khoáng sản có trữ lượng rất lớn của Việt Nam Theo kết quả điều tra thăm dò địa chất chưa đầy đủ, ở nước ta khoáng sản Bauxit phân bố rộng từ Bắc đến Nam với trữ lượng khoảng 5,5 tỷ tấn quặng nguyên khai, tương đương với 2,4 tỷ tấn quặng tinh; tập trung chủ yếu ở Tây Nguyên (chiếm 91,4%), trong đó Đăk Nông 1,44 tỷ tấn (chiếm 61%) So với các mỏ Bauxit trên thế giới, Bauxit ở Việt Nam được đánh giá có chất lượng trung bình

Theo báo cáo “Tổng quan về tài nguyên quặng Bauxit và quy hoạch phân vùng thăm dò, khai thác, chế biến, sử dụng quặng Bauxit giai đoạn 2007-2015 có xét đến năm 2025” của Tập đoàn Công nghiệp Than - Khoáng sản Việt Nam (TKV), cơ quan chịu trách nhiệm chính trong việc đầu tư thực hiện quy hoạch Bauxit tại Tây Nguyên thì đến năm 2015, Việt Nam sẽ sản xuất từ 6,0 - 8,5 triệu tấn Alumin và 0,2 - 0,4 triệu tấn Nhôm Tại vùng Tây Nguyên sẽ xây dựng 6 nhà máy Alumin, 1 nhà máy điện phân nhôm, 1 đường sắt khổ đơn dài 270km, rộng 1,43m từ Đăk Nông đến Bình Thuận và 1 cảng biển chuyên dụng công suất 10 -

15 triệu tấn tại Bình Thuận Đến năm 2025 sẽ xây dựng và nâng công suất của 7

nhà máy

Bùn đỏ là bã thải của quá trình sản xuất nhôm từ quặng bauxit theo phương pháp Bayer Do tính kiềm cao và lượng bùn thải lớn, bùn đỏ sẽ là tác nhân gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng nếu không được quản lý tốt Bùn đỏ là hỗn hợp bao gồm các hợp chất của sắt, mangan… và một lượng xút dư thừa do quá trình hòa tan và tách quặng bauxit Đây là hợp chất độc hại, thậm chí bùn đỏ được ví như “bùn bẩn” Hiện nay, trên thế giới chưa có nước nào xử lý triệt để được vấn

2

đề bùn đỏ Cách phổ biến mà người ta vẫn thường làm là chôn lấp bùn đỏ ở các vùng đất ít người, ven biển để tránh độc hại

Với quy hoạch phát triển bauxit ở Tây Nguyên đến năm 2015 mỗi năm sản xuất khoảng 7 triệu tấn Alumin, tương đương với việc thải ra môi trường 10 triệu tấn bùn đỏ Đến năm 2025 là 15 triệu tấn alumin tương đương với 23 triệu tấn bùn đỏ Cứ như thế sau 10 năm sẽ có 230 triệu tấn và sau 50 năm sẽ có 1,15 tỷ tấn bùn đỏ tồn đọng trên vùng Tây Nguyên

Tuy nhiên, do thành phần và tính chất của quặng bauxit khác nhau dẫn đến thành phần và tính chất của bùn đỏ cũng khác nhau, cho đến thời điểm hiện nay, chưa có cơ quan nào nghiên cứu về thành phần và tính chất của bùn đỏ trong quá trình sản xuất alumin tại Việt Nam

Thành phần các nguyên tố kim loại trong bùn đỏ cũng dao động lớn tùy thuộc vào thành phần và tính chất của quặng như hàm lượng Fe2O3 dao động từ 30 - 60%, hàm lượng Al2O3 còn dư từ 10 - 20%, hàm lượng TiO2 dao động khá lớn từ hàm lượng vết cho đến 25%, tùy theo thành phần và tính chất của bùn đỏ mà chúng ta đưa ra các công nghệ phù hợp để sản xuất các vật liệu hữu ích khác nhau như: Vật liệu xử lý nước ở các dạng hợp chất như phèn nhôm, sắt hoặc chế tạo ra các vật liệu hấp phụ làm sạch nước và không khí

Do vậy việc nghiên cứu thành phần và tính chất của bùn đỏ nhằm định hướng ứng dụng trong xử lý môi trường là việc làm cần thiết và cấp bách

Do vậy, em lựa chọn đề tài ‘‘Nghiên cứu khả năng hấp phụ Asen trong nước bằng Bùn đỏ biến tính’’ để nghiên cứu, định hướng trong việc xử lý Asen đối với nguồn nước bị nhiễm Asen

3

CH ƯƠNG 1 TỔNG QUAN

1.1 Tình hình khai thác và ch ế biến bauxit ở Việt Nam và Thế giới

1.1.1 Tình hình khai thác và chế biến bauxit trên Thế giới

Theo công bố của cục khảo sát Địa chất Mỹ vào tháng 1 năm 2009 thì tiềm năng bauxit toàn thế giới khoảng 55 - 75 tỷ tấn, phân bố trên các Châu lục như bảng 1.1:

B ảng 1.1: Tỷ lệ phân bố trữ lượngBauxit ở các Châu lục

STT Châu lục Tỷ lệ phân bố (%)

3 Châu Mỹ và Carribe 22

Trên thế giới có khoảng 40 nước có bauxit, trong đó những nước có tiềm năng lớn hàng đầu được trình bày ở bảng 2:

B ảng 1.2: Các nước có tiềm năng lớn hàng đầu về bauxit

STT Tên nước Trữ lượng Bauxit

(109 tấn)

4

Hầu hết các nước có nguồn bauxit lớn đều khai thác để chế biến trong nước hoặc xuất khẩu Hiện nay trên thế giới có khoảng 20 nước khai thác bauxit, 33 nước sản xuất alumin và 45 nước điện phân nhôm

Khai thác bauxit và sản xuất alumin phụ thuộc chủ yếu vào nhu cầu nhôm của thế giới Từ những năm 1990, tốc độ sản xuất nhôm cao hơn sản xuất bauxit-alumin Năm 1999, sản lượng alumin của thế giới là 45,784 triệu tấn, năm 2005

là 60,833 và đến năm 2006 đã là 72,200 triệu tấn Bauxit chủ yếu dùng cho ngành luyện kim, trong khi bauxit được dùng cho các ngành công nghiệp khác như: vật liệu chịu lửa, vật liệu mài, vật liệu gốm sứ chỉ dao động trong khoảng 7 triệu tấn/năm Hiện nay trên thế giới có khoảng 94 công ty sản xuất alumin, trong đó một số công ty lớn được trình bày ở bảng 1.3

B ảng 1.3: Các công ty sản xuất alumin chủ yếu trên thế giới

STT Công ty Công suất thiết kế(tấn) Sản xuất thực tế(tấn)

4 BHP Billiton 4.289.000 4.217.000

Từ khi được phát minh đến nay, công nghệ Bayer vẫn chiếm chủ đạo trong công nghiệp sản xuất alumin của thế giới Hiện nay và dự báo trong tương lai,