Nghiên cứu đánh giá khả năng gây ô nhiễm môi trường của xỉ thải pirit từ quá trình sản xuất axit sunfuric

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN VŨ THỊ PHƯỢNG NGHIÊN CỨU, ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG GÂY Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG CỦA XỈ THẢI PIRIT TỪ QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT SUNFURIC LUẬN VĂN TH

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

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

VŨ THỊ PHƯỢNG

NGHIÊN CỨU, ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG GÂY Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG CỦA XỈ THẢI PIRIT TỪ QUÁ TRÌNH SẢN

XUẤT SUNFURIC

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

Chuyên ngành: Hóa Môi trường

Mã số: 60440120

Người hướng dẫn khoa học: TS HOÀNG VĂN HÀ

PGS.TS TRẦN HỒNG CÔN

Hà Nội, 2014

1.3 Sự phơi nhiễm và tác động của các kim loại nặng trong pirit vàxỉ thải

pirit lên con người

2.3 Phương pháp nghiên cứu các dạng hòa tan và hấp phụ của asen 16

2.5.1 Phương pháp khối phổ cảm ứng cộng hưởng plasma (ICP-MS)

phân tích các kim loại nặng

2.5.2 Phương pháp lấy mẫu

19

21 2.5.3 Quy trình chiết các dạng hòa tan và hấp phụ của asen lên xỉ pirit 21

3.1 Biến thiên nồng độ asen và sắt trong dịch chiết với nước cất 23

3.2 Biến thiên nồng độ asen và sắt trong dịch chiết với dung dịch axit

ascorbic 0.1M

24

3.3 Biến thiên nồng độ asen và sắt trong dịch chiết khi với dung dịch

amoni oxalate 0.2M và axit ascorbic 0.1M

Hình 3.3: Đồ thị biểu diễn hàm lượng sắt và asen trong quá trình chiết xỉ

Hình 3.4: Đồ thị biểu diễn sự biến đổi hàm lượng sắt và asen trong quá

Hình 3.5: Đồ thị biểu diễn sự biến đổi nồng độ sắt và asen theo thể tích

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Kết quả phân tích mẫu nước trên sông Tinto và Odiel 14 Bảng 2.1 Danh mục thiết bị, hóa chất cần thiết cho nghiên cứu 19 Bảng 2.2 Các tác nhân sử dụng cho quá trình chiết các pha liên kết của

Bảng 3.2 Hàm lượng sắt và asen trong quá trình chiết xỉ với axit

Bảng 3.5 Hàm lượng sắt và asen trong dịch chiết với axit nitric 65% 30

MỞ ĐẦU

Ô nhiễm môi trường đang trở thành hiểm họa đối với đời sống của sinh giới và cả đối với con người ở bất kỳ phạm vi nào, từ quốc gia, khu vực đến toàn cầu Ô nhiễm môi trường là sản phẩmcủa quá trình công nghiệp hóa và

đô thị hóa diễn ra trên 200 năm nay Ô nhiễm hiện nay đã lan tràn vào mọi nơi, từ đất, nước đến khí quyển, từ bề mặt đất đến các lớp sâu của đất và của đại dương

Theo khảo sát sơ bộ, bãi xỉ thải pirit của Công tyCổ phần Supe Phốt phát và Hóa chất Lâm Thao theo năm tháng đã lên tới hàng vạn tấn "Mỏ" phế thải đồ sộ này từng là "nghi can" của căn bênh ung thư gây hậu quả nặng nề đối với nhiều hộ dân xã Thạch Sơn Trong quặng pirit ngoài thành phần chính

là FeS2 còn có chứa các kim loại nặng độc hại như Mn, Pb, As…Khi đốt quặng pirit làm ô nhiễm môi trường đất, nước, không khí xung quanh Xỉ thải

bỏ sau khi đốt pirit để lấy SO2 để sản xuất axit sunfuric được đổ ra môi trường

sẽ là nguồn gây ô nhiễm tiềm tàng cho môi trường nước và đất

Việc nghiên cứu khả năng gây ô nhiễm môi trường từ xỉ thải pirit đến môi trường và sức khỏe con người là một yêu cầu cấp thiết không chỉ về mặt khoa học mà còn là vấn đề an sinh xã hội Chính vì những lý do trên, chúng

tôi đã lựa chọn thực hiện đề tài: Nghiên cứu, đánh giá khả năng gây ô nhiễm môi trường của xỉ thải pirit từ quá trình sản xuất sunfuric.Trong

luận văn này, chúng tôi đi sâu nghiên cứu khả năng hấp phụ, dạng và hình thái hấp phụ của asen lên xỉ thải pirit, từ đó đánh giá khả năng gây ô nhiễm môi trường khi lượng asen có mặt trong xỉ pirit giải phóng ra môi trường

Chương 1: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quanvề pirit và xỉ thải pirit

1.1.1 Pirit

Pirit hay pirit sắt, là khoáng vật disulfua sắt với công thức hóa học FeS2

Ở Việt Nam, pirit có ở nhiều nơi như mỏ pirit ở Giáp Lai, Vĩnh Phúc, Ba Trại

Pirit thông thường được tìm thấy ở dạng gắn liền với các sulfua hay ôxít khác trong các mạch thạch anh, đá trầm tích, đá biến chất cũng như trong các tầng than, và trong vai trò của khoáng vật thay thế trong các hóa thạch Trong thành phần của pirit đôi khi chứa một lượng nhỏ vàng Vàng và asen xuất hiện như là sự thay thế đi kèm nhau trong cấu trúc pirit Tại khu trầm tích vàng ở Carlin, Nevada, pirit asen chứa tới 0.37 % theo trọng lượng là vàng[2] Pirit chứa vàng là loại quặng vàng có giá trị

Pirit bị lộ thiên ra ngoài không khí trong quá trình khai thác mỏ và khai quật sẽ phản ứng với ôxy và nước để tạo thành sulfat, gây ra sự thoát nước mỏ axít Quá trình axít hóa này còn tạo ra từ phản ứng của vi khuẩn chi Acidithiobacillus, các dạng vi khuẩn tìm kiếm nguồn năng lượng của chúng bằng cách ôxi hóa các ion Fe2+ thành các ion Fe3+ với việc sử dụng ôxy như là tác nhân ôxi hóa Các ion Fe3+ đến lượt mình lại tấn công pirit để sinh ra ion

Fe2+và sulfat Fe2+lại được tạo ra Fe3+và chu trình này tiếp diễn cho đến khi pirit cạn kiệt[16]

Pirit thông thường hay bị nhầm lẫn với khoáng vật marcasit do các đặc trưng tương tự của chúng Marcasit là dạng đa hình của pirit, nghĩa là nó có cùng một công thức như pirit nhưng khác về cấu trúc và vì thế khác biệt về hình dáng tinh thể và tính đối xứng Tuy nhiên, trạng thái ôxi hóa hình thức là giống như trong pirit do các nguyên tử lưu huỳnh xuất hiện trong các cặp tương tự như persulfua Marcasit là họ hàng ở trạng thái ổn định giả (giả bền)

của pirit và nó sẽ dần dần chuyển sang dạng pirit nếu bị đốt nóng hay thời gian đủ dài

Thành phần hóa học của pirit là: Fe – 46,6%; S – 53,4% Pirit thường chứa các kim loại nặng như As, Co, Ni, Cu, Cd, Pb, Hg, Cr Pirit có cấu trúc tinh thể kiểu NaCl trong đó vị trí của nguyên tử clo được thay thế bằng [S2]2-, phân bố dọc theo trục bậc 3, còn ion Fe2+ ở tâm của hình 8 mặt Khoáng vật này có mặt như là các tinh thể đẳng cực thường xuất hiện dưới dạng các khối lập phương Các mặt của lập phương có thể có sọc (các đường song song trên mặt tinh thể hay mặt cát khai) do kết quả của sự xen kẽ các khối lập phương với các mặt diện pirit Pirit cũng hay xuất hiện dưới dạng các tinh thể bát diện

và dạng diện pirit (hình thập nhị diện với các mặt ngũ giác) Pirit không hòa tan trong HCl, hòa tan trong HNO3 và dễ hòa tan hơn khi ở dạng bột [3]

1.1.2 Xỉ thải pirit

Pirit là nguyên liệu để sản xuất axit sunfuric Sau khi đốt pirit để thu

SO2, phần chất rắn còn lại là xỉpirit được thải bỏ

4FeS2 + 11O2 → 2 Fe2O3 + 8SO2Thành phần chính của xỉ thải pirit là Fe2O3, tuy nhiên trong xỉ còn chứa một lượng FeS2 chưa được đốt cháy Theo các tài liệu tham khảo, trong xỉ thải pirit còn chứacác nguyên tố kim loại nặng khác như chì, asen, đồng, kẽm, cadimi…[8]

Xỉ pirit dùng trong quá trình nghiên cứu của luận văn được lấy tại bãi thải của Công ty Cổ phần Supe Phốt phát và Hóa chất Lâm Thao

Theo kết quả nghiên cứu cho thấy xỉ thải pirit của Công ty Cổ phần Supe Phốt phát và Hóa chất Lâm Thao chứa một lượng lớn As Theo thời gian chúng sẽ bị phát tán ra môi trường xung quang do hiện tượng rửa trôi và tích lũy trong lòng đất Đối với bãi xỉ pirit tồn đọng từ nhiều năm qua (ước tính trên 30.000 tấn, với diện tích khoảng 20 ha), Công ty đã gia cố, xây cao bờ

đập bãi xỉ và bờ ngăn của hồ đệm bãi xỉ tiếp giáp với xã Thạch Sơn nhằm ngăn chặn mọi nguồn nước thải từCông ty Để xử lý triệt để bãi xỉ, trong thời gian qua Công ty đã ký hợp đồng với Công ty cổ phần Chế biến khoáng sản Vĩnh Phú nhằm xử lý bãi xỉ pirit còn tồn đọng để thu hồi quặng sắt, theo cam kết thì đến hết năm 2012, sẽ xử lý xong toàn bộ lượng xỉ pirit tồn đọng Công

ty đã xử lý được khoảng 1.200 tấn, song từ tháng 7/2010, Công ty cổ phần Chế biến khoáng sản Vĩnh Phú đã dừng việc xử lý với lý do tìm kiếm công nghệ mới

1.2 Các quá trình vận chuyển kim loại nặng từ pirit và xỉ thải pirit vào môi trường

Dưới sự tác động của nước, các chất khí như O2, CO2 và nguồn năng lượng bức xạ mặt trời, pirit bị biến đổi và phân hủy Quá trình biến đổi và phân hủy này được gọi là quá trình phong hoá Có ba loại phong hoá:

- Phong hóa vật lý: gây ra do ảnh hưởng của nhiệt độ, gió bão, rửa trôi, xói mòn…

- Phong hóa hóa học: gây ra bởi hàng loạt các quá trình hóa học như hòa tan, kết tủa, hấp phụ, nhả hấp phụ, tạo phức…

- Phong hóa sinh học: gây ra do quá trình thay đổi hệ thống sinh học bao gồm cả động, thực vật

Tuy nhiên, sự phân chia các loại phong hoá chỉ là tương đối vì trong thực tế các yếu tố ngoại cảnh tác động đồng thời, do vậy 3 loại phong hoá đồng thời cùng diễn ra Các quá trình phong hoá liên quan mật thiết và hỗ trợ cho nhau, tuỳ điều kiện cụ thể mà một trong 3 quá trình xảy ra mạnh hơn Luận văn này trình bày sâu về dạng phong hóa hóa học

Khác với quá trình phong hoá vật lý, quá trình phong hoá do tác dụng của các tác nhân hoá học có thể làm cho thành phần hoá học của pirit thay đổi Các yếu tố như H2O, O2, CO2 tác động lên pirit làm cho chúng bị phá

huỷ, thay đổi về hình dạng, kích thước, thành phần và tính chất hoá học Có thể nói, phong hoá hoá học chính là các phản ứng hoá học diễn ra do sự tác động của H2O, O2, CO2 lên đá và khoáng vật

Quá trình phong hoá hoá học được chia thành các quá trình chính là:

* Quá trình hoà tan, hydrat hóa: Xảy ra do một số đặc tính, nước có thể hoà tan một số chất có trong thành phần pirit Quá trình hoà tan phụ thuộc nhiều vào thành phần của pirit Đối với xỉpirit, theo các nghiên cứu, trong xỉpirit có chứa một lượng các muối tan của các kim loại Fe, As, Mn, Hg, Cu…, SO2, SO3…[4] Khi nước chảy qua bãi xỉ sẽ kéo theo các muối tan Ngoài ra, khi nước chảy qua lớp xỉ làm cho pH môi trường xuống thấp do trong xỉ còn chứa một lượng SO3, quá trình thủy phân của một số ion kim loại

và quá trình oxy hóa pirit tạo môi trường pH thấp hòa tan một số oxit, hydroxit … Hàm lượng kim loại nặng giải phóng từ pirit vào môi trường trong hai quá trình rửa trôi trong điều kiện xung tích lũy và xung không tích lũy khác nhau

Sau đó là quá trình hidrat hóa, trong quá trình này các phân tử nước kết hợp với các khoáng vật không chứa nước để biến chúng thành dạng hydrat Các hydrat được hình thành sau quá trình hydrat hóa thường có độ cứng thấp hơn và thể tích lớn hơn so với quặng, khoáng ở trạng thái bình thường Vì thế chúng rất dễ bị phá vỡ thành các mảnh vụn nhỏ hơn

* Quá trình oxi hoá: Quá trình này phụ thuộc chặt chẽ vào sự xâm nhập của O2 tự do trong không khí và O2 hoà tan trong nước Không chỉ có các phản ứng hóa học mà còn có sự kết hợp của các phản ứng sinh hóa xảy ra Quá trình oxi hoá làm cho thành phần pirit bị thay đổi Do trong khoáng vật,

đá và quặng thường có chứa các ion mức oxi hoá như Fe(II), Mn(II), Cu(I) nên khi gặp môi trường oxi hoá chúng dễ dàng chuyển thành các dạng có mức oxi hoá cao hơn

Nghiên cứu của José Miguel Nieto về quá trình oxy hóa pirit chỉ ra rằng quá trình oxy hoá phong hoá hoà tan pirit xảy ra theo phản ứng sau [14]:

2FeS2 + 7O2 + 2H2O → 2Fe2+ + 4SO42- + 4H+FeS2 + 14Fe3+ + 8H2O → 15Fe2+ +2SO42- + 16H+

4Fe2+ + O2 + 4H+ → 4Fe3+ + 2H2O

Fe3+ + 3H2O → Fe(OH)3 + 3H+Các quá trình oxi hóa sunfua kim loại được thúc đẩy bởi sự có mặt của các vi khuẩn oxy hóa

Khi pirit tiếp xúc với dung dịch giàu sulfat thì nó có thể chuyển đổi thành jarozit có công thức chung là M+Fe3+(SO4)2(OH)6, trong đó M+ là K+,

Na+, NH4+, Ag+ (Pb2+), sau khi FeS2 → Fe(OH)3

K+ + 3Fe(OH)3 + 2SO42- + 3H+ → KFe3(SO4)2(OH)6 + 3H2O Axit H2SO4 và Fe3+ được giải phóng ra trong quá trình oxi hoá sulfua sắt có thể tác dụng lên các khoáng vật sulfua khác và đẩy nhanh quá trình phân huỷ chúng theo phản ứng

2MS + 2Fe2(SO4)3 + 2H2O + 3O2 → 2MSO4 + 4FeSO4 + 2H2SO4

(M là các kim loại hoá trị hai: Cu, Pb, Zn )

Vì vậy, khipirit bị oxi hoá, giải phóng H+ làm tăng độ axit của môi trường Chính điều này sẽ làm nồng độ các kim loại nặng như Cu, Co, Zn, Pb, Cd… tăng

Asen có trong thành phần củapirit vì thế sau các quá trình phong hóa nó

có thể được giải phóng đi vào các nguồn nước ngầm rồi sau đó phân tán vào đất và không khí Các khoáng vật chứa As có thể bị phân tán vào môi trường dưới các dạng khác nhau phụ thuộc vào vị trí, điều kiện môi trường nơi xảy ra các quá trình xói mòn, phong hóa và sau phong hóa Khi sự phong hóa xảy ra

trên bề mặt trái đất hoặc ở các vùng nước bề mặt thì As thường được giải phóng ra dưới dạng As(V) Các dạng As(V) tạo thành này một phần tan vào trong nước và bị cuốn trôi đi, còn một phần còn lại bị giữ lại trên bề mặt quặng hoặc các loại hợp chất có khả năng hấp phụ As [12]

Quá trình thứ tư của phong hóa hóa học là quá trình thủy phân xảy ra do

sự thay thế của các ion kim loại bằng ion H+ trong nước như quá trình thủy phân của Fe(III) tạo ra do sự oxy hóa Fe(II) tạo thành trong quá trình phong hóa các khoáng

* Quá trình giải hấp phụ: Một số cation và anion hấp phụ lên bề mặt pirit

và xỉ thải pirit sẽ bị giải hấp dưới các tác động của yếu tố môi trường như sự

có mặt của các ion, pH Đây là quá trình ngược lại của quá trình hấp phụ lên

bề mặt

1.3 Sự phơi nhiễm và tác động của các kim loại nặng trongpiritvà xỉ thải piritlên con người [1,5,7]

1.3.1 Asen

Asen(nguyên tố hóa học có ký hiệu As và số hiệu nguyên tử 33) là một

nguyên tố rất phổ biến và xếp thứ 20 trong tự nhiên, chiếm khoảng 0.00005% trong vỏ trái đất Asen có nhiều dạng thù hình như: màu vàng (phân tử phi kim) và một vài dạng màu đenvà xám (á kim) Ở dạng tinh thể có màu xám bạc, ròn, khối lượng nguyên tử là 74.9, tỷ trọng là 5.73, nóng chảy ở nhiệt độ 8.170C, áp suất 28 atm và sôi ở 6130C

Asen có các trạng thái oxy hóa -3, 0, +3 và +5 Các trạng thái tồn tại của asen như axit asenious (H3AsO3, H2AsO3-, HAsO32-…), các axit asenic (H3AsO4, H2AsO4-, HAsO42-…), asenat, metyl-asenic axit, dimetylasenic axit…Hai dạng thường thấy của asen trong tự nhiên là asenit hay asen(III) - (AsO33-) và asenat hay asen(V) - (AsO43-) Các dạng tồn tại của asen phụ thuộc vào điều kiện môi trường như pH, chất tạo phức, thế oxy hóa

khử…Trong môi trường sinh thái, các dạng hợp chất As hoá trị (III) có độc tính cao hơn dạng hoá trị (V) Môi trường khử là điều kiện thuận lợi để cho nhiều hợp chất As thì H3AsO3 độc hơn H3AsO4 Dưới tác dụng của các yếu tố oxi hoá trong đất thì H3AsO3 có thể chuyển thành dạng H3AsO4 Thế oxy hoá khử, độ pH của môi trường và Fe3+ , là những yếu tố quan trọng tác động

đến quá trình oxy hoá - khử các hợp chất As trong tự nhiên

Asen di chuyển trong tự nhiên nhờ các hoạt động của thời tiết, hệ sinh thái, các hoạt động của tự nhiên và con người Không chỉ có trong nước mà asen còn có mặt trong không khí, đất, thực phẩm, và có thê xâm nhập vào cơ thể con người Trong quặng pirit hàm lượng asen dao động trong khoảng 100 – 77000 mg/kg Tuy nhiên, hầu hết các vấn đề asen trong môi trường là kết quả của sự lưu chuyển asen dưới các điều kiện tự nhiên Ngoài ra, các hoạt động khai thác mỏ cùng với nhiên liệu hóa thạch, sử dụng thuốc trừ sâu có asen…cũng tạo cơ hội tăng cường những ảnh hưởng

Asen thường có trong các loại thuốc trừ sâu, thuốc diệt nấm, diệt cỏ Trong các hợp chất, asen thường nằm ở dạng asen (III) và asen (V); trong đó asen (III) độc hơn asen (V)

▪ Asen (III) (AsO33-) thể hiện tính độc:

– Khi bị nhiễm độc AsO33-, As (III) sẽ tấn công vào nhóm hoạt động –

SH của enzym, khóa chặt chức năng hoạt động của enzym, tức là làm tê liệt

sự hoạt động của enzym

- Khi bị nhiễm Asen(III) ở nồng độ cao, nó sẽ làm đông tụ protein, có lẽ

là do asen(III) tấn công vào các liên kết có nhóm sunfua trong protein

▪ Asen(V) (AsO43-), có tính chất tương tự như PO43- nên khi bị nhiễm AsO43-, nó sẽ thực hiện phản ứng thay thế PO43- gây ức chế enzym ngăn cản tạo ra chất ATP (Adenozin triphotphat) là chất sản sinh ra năng lượng cho cơ thể

- Đối với người bình thường:

- Khi người bị nhiễm AsO43- sẽ tham gia phản ứng thế PO43-, tạo ra sản phẩm không phải là ATP, nên không sản sinh ra năng lượng cho cơ thể

1,3 diphotphat glixerat Glyxeandehit

3- photphat

Tóm lại, tác dụng độc của asen là do nó làm đông tụ protein, tác dụng với nhóm chức hoạt động – SH của enzym làm cho enzym bị thụ động hóa, mất hẳn khả năng hoạt động sinh hóa của enzym, phá hủy quá trình photphat hóa tạo ra ATP

Các chất chống tính độc của asen là các hóa chất có chứa nhóm – SH như 2,3 – dimeccaptopropanol, các chất này chống được tính độc của asen, đó

là do các phân tử của chúng có các nhóm – SH, có khả năng tạo liên kết với AsO33- làm mất tác dụng độc của asen

1.3.2 Sắt

Sắt là nguyên tố hóa học có ký hiệu Fe với số hiệu nguyên tử 26, thuộc phân nhóm VIIB chu kỳ 4 Sắt là kim loại phổ biến nhất, đứng hàng thứ tư sau O, Si và Al Trong vỏ Trái đất sắt chiếm 34.6% về khối lượng, 1.5% tổng

số nguyên tử Sắt là kim loại đã được biết đến từ thời cổ xưa, có lẽ nó có nguồn gốc vũ trụ Trung bình trong 20 thiên thạch từ không gian vũ trụ rơi xuống Trái Đất có một thiên thạch sắt Thiên thạch sắt chứa đến 90% sắt Sắt

có màu trắng xám, dễ rèn và dát mỏng Sắt nóng chảy ở 1536oC, sôi ở

2880oC, có tỷ khối 7.91

Những khoáng vật quan trọng của sắt là manhetit (Fe3O4) chứa đến 72%

Fe, hematit (Fe2O3) chứa 60% Fe, pirit (FeS2) và xiderit (FeCO3) chứa 35%

Tù thñy ph©n t¹o ra

1- arseno-3 glixerat Glyxeandehit

3- photphat

Sắt có ba trạng thái oxy hóa là 0, +2 và +3 Trong môi trường yếm khí, tồn tại chủ yếu là sắt +2, trong môi trường oxy hóa tồn tại chủ yếu là sắt +3 Sắt có vai trò rất lớn đối với cơ thể sống Sắt liên kết chặt chẽ với mọi phân tử sinh học vì thế nó sẽ gắn với các màng tế bào, axit nucleic, protein…Trong cơ thể động vật, sắt liên kết trong các tổ hợp heme – thành phần thiết yếu của cytochromes là những protein tham gia vào các phản ứng oxi hóa khử của các protein chuyên chở oxi như hemoglobin và myoglobin Tuy nhiên, việc hấp thu quá nhiều sắt sẽ dẫn đến ngộ độc do các sắt II dư thừa sẽ phản ứng với các peroxit trong cơ thể sinh ra gốc tự do Theo WHO, nồng độ cho phép sắt trong nước uống là 0.1mg/L, trong nước sinh hoạt theo TCVN là 0.5 mg/L

Ngoài ra trong xỉ thải pirit và quặng pirit còn có thể chứa các kim loại nặng khác như cadimi, chì, crom, mangan…có thể gây hại lên sức khỏe con người

1.4 Tình trạng ô nhiễm xuất phát từ xỉ thải pirit trên Thế Giới và Việt Nam

Từ quá trình phong hóa xỉ thải pirit ở trên ta thấy rằng tại các khu vực chứa xỉpirit, pH môi trường xuống thấp gây ảnh hưởng đến chất lượng nước, đất đai thậm chí gây suy thoái nguồn nước ngầm, sông và suối Ngoài ra, pH xuống thấp làm tăng nồng độ các kim loại nặng có trong xỉgây ô nhiễm môi trường Đây là hiện trạng chung của tất cả các khu vực khai thác quặng pirit nói chung đã và đang phải gánh chịu hậu quả

Tại Việt Nam

Có thể kể đến làng “ung thư” Thạch Sơn thuộc tỉnh Phú Thọ nơi đặt nhà máy Supephotphat và hóa chất Lâm Thao Theo nghiên cứu của Viện ung thư quốc gia, ở nước ta cứ 100.000 dân số thì có 106 nam và 59 nữ tử vong vì bệnh ung thư Áp dụng tỉ lệ này cho làng Thạch Sơn với dân số khoảng

7.000, ước tính sẽ có khoảng 6 người tử vong vì bệnh ung thư, nhưng trong thực tế ở làng này mỗi năm có 15 người chết vì ung thư Nói cách khác, tỉ lệ

tử vong vì ung thư ở Thạch Sơn cao hơn tỉ lệ quốc gia đến 2,6 lần! Như vậy, không thể nói rằng “tỉ lệ mắc bệnh ung thư của Thạch Sơn không phải là cao” [7]

Trước đây, nhà máy Supephotphat và hóa chất Lâm Thao sử dụng nguyên liệu đầu vào là quặng pirit.Theo khảo sát sơ bộ, bãi xỉ thải pirit của nhà máy superphotphat Lâm Thao theo năm tháng đã lên tới hơn 30.000 tấn

"Mỏ" phế thải đồ sộ này từng là "nghi can" của căn bênh ung thư gây hậu quả nặng nề đối với nhiều hộ dân xã Thạch Sơn Khi đốt quặng pirit làm ô nhiễm môi trường đất, nước, không khí xung quanh Xỉ thải bỏ sau khi đốt pirit để lấy SO2 để sản xuất axit sunfuric được đổ ra môi trường sẽ là nguồn gây ô nhiễm tiềm tàng cho môi trường nước và đất.Theo kết quả nghiên cứu cho thấy xỉ thải pirit của nhà máy Supe phốt phát và Hóa chất Lâm Thao chứa một lượng lớn Mn và As Theo thời gian chúng sẽ bị phát tán ra môi trường xung quang do hiện tượng rửa trôi và tích lũy trong lòng đất Đối với bãi xỉ pirit tồn đọng từ nhiều năm qua (ước tính trên 30.000 tấn, với diện tích khoảng 20 ha), Công ty đã gia cố, xây cao bờ đập bãi xỉ và bờ ngăn của hồ đệm bãi xỉ tiếp giáp với xã Thạch Sơn nhằm ngăn chặn mọi nguồn nước thải từ Công ty Để

xử lý triệt để bãi xỉ, trong thời gian qua Công ty đã ký hợp đồng với Công ty

cổ phần Chế biến khoáng sản Vĩnh Phú nhằm xử lý bãi xỉ pirit còn tồn đọng

để thu hồi quặng sắt, theo cam kết thì đến hết năm 2012, sẽ xử lý xong toàn

bộ lượng xỉ pirit tồn đọng Công ty đã xử lý được khoảng 1.200 tấn, song từ tháng 7/2010, Công ty cổ phần Chế biến khoáng sản Vĩnh Phú đã dừng việc

xử lý với lý do tìm kiếm công nghệ mới Tuy nhiên, điều này cũng không xử

lý được hoàn toàn chất ô nhiễm bởi chất ô nhiễm đã ngấm sâu vào lòng đất Khi mùa mưa bão đến, nước từ bãi xỉ thải tràn ra ngoài ngấm vào ao, hồ

làm 14 tấn cá chết Tình trạng này cũng tương tự với khu khai thác mỏ pirit Minh Quang – Ba Vì “Thực tế cho thấy , ngay ca ̣nh VQG Ba Vì , mỏ pirit Minh Quang đã bỏ hoang gần chục năm, đất đá, quặng thải vẫn nằm phơi trên mặt địa hình Các nhà khoa học phản ánh , nước thải ở đây đ ỏ như máu do giàu sắt và axit sulphuric Nước rỉ từ mỏ có độ pH rất thấp (khoảng 2 - 3) và

có thể chứa asen là nguyên tố đồng hình với sắt trong mạng tinh thể của pirit Vùng mỏ cũ không cây cối gì mọc được, trừ cây chút chít rất dễ cháy vào mùa khô Nước thải mỏ theo dòng suối đổ ra sông, và ngấm vào bồn nước ngầm”

Trên Thế Giới

Tình trạng ô nhiễm gây ra do khai thác, sử dụng quặng pirit trên thế giới phải kể đến trường hợp của Tây Ban Nha Đã có rất nhiều nghiên cứu về tình trạng ô nhiễm gây nên do khai thác quặng pirit ở nước này Vào ngày 25 tháng 4 năm 1998, bờ kè ao chứa lượng thải từ quá trình chế biến quặng pirit đặt ở Aznalco’llar đã bị phá vỡ, kết quả là chất thải tràn ra hai sông Agrio và Guadiamar khoảng 36 x 105 m3 nước thải và 9 x 105 m3 chất rắn với nồng độ Sunfua, sắt cao và các nguyên tố tạp chất khác gây nên ảnh hưởng khoảng 43

km2 đất trồng trọt[13] Các chất ô nhiễm trong đất như Zn, Pb, Cu, As, và Cd

là chủ yếu

Ở Tây Ban Nha, ngoài Aznalcollar thì hai con sông Tinto và Odiel nằm

ở vùng tây nam cũng chịu ảnh hưởng nặng nề do hoạt động khai thác kéo dài

ở vành đai pirit ở Iberie gây ra[14] Vành đai Iberia là một trong những khu vực khai thác mỏ sunfua nổi tiếng nhất thế giới với trữ lượng ước tính khoảng

1700 x106 tấn Hoạt động khai thác khoáng sản nơi đây bắt đầu từ thời tiền sử khi còn đế chế La Mã Mặc dù ngày nay các hoạt động khai thác khoáng sản không còn nữa nhưng môi trường nơi đây vẫn đang tiếp tục bị ô nhiễm nặng

nề Bảng 1.1 thể hiện kết quả phân tích trung bình của các tuần từ tháng 2 năm 2002 đến tháng 9 năm 2004 của mẫu nước lấy trên hai sông Tinto và

Odiel Theo nghiên cứu, tại sông Odiel trung bình khoảng 1200mg/L sunfat,

23.5 mg/L Fe, 7.6 mg/L Cu… Từ đó, tính được tải trọng tạp chất được vận

chuyển từ sông Odiel tới cửa sông Huelva và vịnh Cadiz là khoảng 820.4

tấn/ngày sunfat, 45 tấn/ngày các kim loại nặng như Fe, Zn, Mn, Cu, Pd, và

Cd Do đó, cửa sông Huelva bị ô nhiễm nặng nề bởi kim loại nặng và á kim

Thêm nữa, các chất gây ô nhiễm ở đầu vào Huelva sẽ tạo ra một làn chất ô

nhiễm đi vào vịnh Cadiz mà thậm chí ngay cả Địa Trung Hải cũng chịu hậu

quả

Bảng 1.1: Kết quả phân tích mẫu nước trên sông Tinto và Odiel

Brukunga là một thị trấn nhỏ ở miền nam của Australia Các hoạt động

khai thác quặng pirit để sản xuất axit sunfuric nơi đây diễn ra vào những năm

1955 đến năm 1972 thì ngừng khai thác[15].Tính đến thời điểm ngừng khai

thác, đã có 5.5 triệu tấn pirit được khai thác Tuy nhiên, bài toán mới đặt ra

cho nơi này đó là giải quyết hậu quả ô nhiễm môi trường do quá trình oxy hóa

tự nhiên pirit gây ra.Cũng như tình trạng chung của những nơi khai thác

piritchung trên thế giới, Brukunga phải giải quyết hai vấn đề đó là xử lý kim

loại nặng và môi trường pH thấp Trong năm 2001, chính phủ nước này đã tốn chi phí 26 triệu USD trong vòng 10 năm cho việc xử lý môi trường

Ngoài ra, tình trạng ô nhiễm còn xảy ra ở một số quốc gia như

CaliforniaMassachusetts – USA, Trung Quốc Có thể nói, bài toán ô nhiễm kim loại nặng và môi trường pH thấp là tình trạng chung mà tất cả các khu vực khai thác quặng pirit trên thế giới gặp phải

Hình 1.1: Ô nhiễm môi trường gây ra từ việc khai thác quặng pirit

Chương2: THỰC NGHIỆM