Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Nghiên cứu tỷ lệ phối trộn Bùn đỏ với một số khoáng chất địa phương đến quá trình ổn định hóa rắn Bùn đỏ sản xuất vật liệu xây dựng

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

------------***-------------

Trần Thị Hằng

NGHIÊN CỨU TỶ LỆ PHỐI TRỘN BÙN ĐỎ VỚI MỘT SỐ KHOÁNG

CHẤT ĐỊA PHƯƠNG ĐẾN QUÁ TRÌNH ỔN ĐỊNH HÓA RẮN BÙN

ĐỎ SẢN XUẤT VẬT LIỆU XÂY DỰNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

HÀ NỘI – 2013

Luận văn thạc sĩ – K19 KHMT

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

------------***-------------

Trần Thị Hằng

NGHIÊN CỨU TỶ LỆ PHỐI TRỘN BÙN ĐỎ VỚI MỘT SỐ KHOÁNG

CHẤT ĐỊA PHƯƠNG ĐẾN QUÁ TRÌNH ỔN ĐỊNH HÓA RẮN BÙN

ĐỎ SẢN XUẤT VẬT LIỆU XÂY DỰNG

Chuyên ngành: Khoa học Môi Trường

Mã số: 60 44 03 01

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

PGS.TS. LƯU ĐỨU HẢI

PGS.TS. HOÀNG NGỌC QUANG

HÀ NỘI – 2013

Luận văn thạc sĩ – K19 KHMT

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành luận văn của mình, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến:

PGS.TS. Lưu Đức Hải – Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Hà Nội và

PGS.TS. Hoàng Ngọc Quang – Trường Đại học Tài Nguyên Môi Trường đã tận

tình giúp đỡ và hướng dẫn cho em trong quá trình thực hiện luận văn của mình.

Em xin gửi lời cảm ơn tới các thầy cô giáo trong Khoa Môi trường - Trường

Đại học Khoa học Tự nhiên Hà Nội đã tận tình giảng dạy, chỉ bảo, truyền đạt nguồn

kiến thức và kinh nghiệm quý báu cho em trong suốt thời gian em học tập tại

trường.

Cảm ơn đề tài trọng điểm cấp ĐHQGHN QGTĐ.11.06 do PGS.TS. Lưu Đức

Hải làm chủ trì đã giúp em trong quá trình làm luận văn và kết quả ban đầu trong

mục 3.1 của luận văn là của nhóm nghiên cứu đã tạo tiền đề cho em phát triển nội

dung nghiên cứu của mình.

Em xin chân thành cảm ơn Phòng thí nghiệm Phân tích môi trường, khoa

Môi trường, trường Đại học Khoa học tự nhiên Hà Nội và nhà máy gạch Vigalcera

Hữu Hưng đã giúp đỡ em trong quá trình nghiên cứu.

Đồng thời em xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, người thân và bạn bè đã giúp

đỡ em trong quá trình làm luận văn của mình.

Hà Nội, ngày 7 tháng 12 năm 2013

Em xin chân thành cảm ơn !

Học viên

Trần Thị Hằng

Luận văn thạc sĩ – K19 KHMT

MỤC LỤC

ĐẶT VẤN ĐỀ ......................................................................................................... 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU ........................................................................................ 3

1.1.Tiềm năng khoáng sản bauxite trên thế giới và ở Việt Nam. ............................................... 3

1.1.1. Khái niệm ..................................................................................................................... 3

1.1.2.Tiềm năng khoáng sản bauxite trên thế giới ................................................................. 3

1.1.3.Tiềm năng khoáng sản bauxite ở Việt Nam. ................................................................. 5

1.2. Hoạt động khai thác, chế biến bauxite Tây Nguyên và các vấn đề môi trường phát sinh. .. 9

1.2.1. Đặc điểm chung của hoạt động khai thác, chế biến bauxite Tây Nguyên .................... 9

1.2.2. Khai thác, tuyển quặng bauxite và các vấn đề môi trường liên quan ......................... 10

1.2.3. Công nghệ sản xuất alumin (Al2O3) ........................................................................... 14

1.2.4. Chất thải bùn đỏ và các vấn đề môi trường phát sinh ................................................ 18

1.2.4.1. Tính chất độc hại của bùn đỏ .............................................................................. 18

1.2.4.2. Chất thải bùn đỏ và các tác động đến môi trường. .............................................. 19

1.3. Một số phương án xử lý bùn đỏ trên thế giới và ở Việt Nam ........................................... 25

1.3.1. Các phương án xử lý bùn đỏ trên thế giới .................................................................. 25

1.3.1.1. Sử dụng bùn đỏ trong sản xuất vật liệu xây dựng ............................................... 26

1.3.1.2. Sử dụng bùn đỏ trong sản xuất gốm thủy tinh .................................................... 27

1.3.1.3. Sử dụng bùn trong xử lý nước ............................................................................. 27

1.3.2. Các phương án xử lý bùn đỏ tại Việt Nam ................................................................. 29

1.4. Phương hướng sản xuất vật liệu xây dựng từ bùn đỏ và khoáng chất địa phương. ........... 31

1.4.1. Khái niệm công nghệ ổn định hóa rắn........................................................................ 31

1.4.2. Cơ chế của quá trình ổn định hóa rắn ......................................................................... 32

1.4.3. Ổn định hóa rắn bằng nhiệt ........................................................................................ 35

CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ...................... 35

NỘI DUNG ............................................................................................................. 3

Luận văn thạc sĩ – K19 KHMT

2.1. Đối tượng nghiên cứu........................................................................................................ 35

2.2. Nội dung nghiên cứu ......................................................................................................... 36

2.3.Phương pháp nghiên cứu .................................................................................................... 36

2.3.1. Phương pháp lấy mẫu và bảo quản mẫu ..................................................................... 36

2.3.2.Phương pháp tận dụng bùn đỏ làm vật liệu xây dựng ................................................. 37

* Nguyên liệu ....................................................................................................................... 37

(cid:0) Bùn đỏ: đã được sấy khô từ dây chuyền sản xuất alumin của nhà máy hóa chất Tân Bình, thành phố Hồ Chí Minh. Sau khi lấy bùn đỏ về tiến hành nghiền mịn, rây qua rây 1mm. .................................................................................................................................... 37

2.3.3. Phương pháp xác định tỉ lệ phối trộn ......................................................................... 39

2.3.4. Phương pháp phân tích trong phòng thí nghiệm ........................................................ 39

2.3.4.1. Phương pháp xác định sự thay đổi thành phần khoáng vật của vật liệu .............. 40

2.3.4.2. Phương pháp ngâm chiết xác định độc tính của vật liệu ..................................... 40

2.3.4.3. Phương pháp xác định khả năng hòa tách kiềm của vật liệu ............................... 40

2.2.5. Phương pháp thí nghiệm ngoài thực tế....................................................................... 41

2.2.6. Phương pháp phân tích, đánh giá tổng hợp ................................................................ 41

2.2.7. Phương pháp thu thập số liệu thứ cấp ........................................................................ 41

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ............................................................................... 42

3.1.Tính chất vật lý và hóa học của mẫu bùn đỏ ...................................................................... 42

3.1.1. Thành phần cơ giới của bùn đỏ .................................................................................. 42

3.1.2. Hàm lượng các oxit có trong bùn đỏ .......................................................................... 42

3.1.3. Giá trị pH và hàm lượng một số kim loại nặng trong bùn đỏ Tây Nguyên ............... 44

3.2. Ảnh hưởng của tỷ lệ phối liệu đến khả năng ổn định hóa rắn ........................................... 45

3.2.1. Ảnh hưởng của phối liệu đến cấu trúc của vật liệu. ................................................... 47

3.2.1.1. Thành phần khoáng của bùn đỏ trước khi phối trộn ........................................... 47

3.2.1.2. Ảnh hưởng của phối liệu đến cấu trúc của vật liệu ............................................. 48

3.2.2. Kết quả đánh giá sự an toàn với môi trường của vật liệu .......................................... 50

Luận văn thạc sĩ – K19 KHMT

3.2.3. Ảnh hưởng của tỷ lệ phối trộn đến tính độc hại của vật liệu. .................................... 51

3.2.3.1. Kết quả xác định dung môi chiết ........................................................................ 52

3.2.3.2. Giá trị pH của dịch chiết mẫu.............................................................................. 53

3.2.3.3. Kết quả đo kim loại nặng của dịch chiết mẫu .................................................... 55

3.2.4. Ảnh hưởng của tỷ lệ phối trộn đến độ cứng của vật liệu ............................................ 56

KẾT LUẬN .................................................................................................................................. 59

KIẾN NGHỊ ................................................................................................................................. 60

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................................... 59

TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................... 62

PHỤ LỤC.............................................................................................................. 69

Luận văn thạc sĩ – K19 KHMT

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Trang

Hình 1.1. Sơ đồ nguồn thải trong khai thác, tuyển quặng bauxite và đối 11

tượng bị tác động

Hình 1.2. Công nghệ Bayer chế biến alumin từ bauxite 16

Hình 1.3. Quy trình sản xuất alumin 17

Hình 1.4. Mộ số phương án sử dụng bùn đỏ 26

Hình 2.5. Quy trình sử dụng bùn đỏ sản xuất vật liệu xây dựng 28

Hình 3.6. Phối trộn vật liệu 45

Hình 3.7. Ủ vật liệu 45

46 Hình 3.8. Tạo hình gạch kích thước 50 x 50 x 10mm

46 Hình 3.9. Cho vật liệu vào dung môi chiết

46 Hình 3.10. Lắc mẫu

46 Hình 3.11. Chiết dịch mẫu

Hình 3.12. Nghiền vật liệu tại nhà máy Viglacera Hữu Hưng 47

Hình 3.13. Thao tác định hình gạch 47

Hình 3.14. Tạo hình gạch kích thước 230 x 110 x 63mm 47

Hình 3.15. Kết quả chụp X- Rây của mẫu Bùn đỏ 48

Hình 3.16. Biểu đổ biến đổi thành phần khoáng theo các tỷ lệ phối trộn 49

Hình 3.17. Biểu đồ thể hiện sự thay đổi pH của dịch lắc trước và sau khi 52

Luận văn thạc sĩ – K19 KHMT

thêm HCl

Hình 3.18. Sự phụ thuộc của pH của dịch chiết mẫu vào tỷ lệ phối trộn khác 54

nhau

Hình 3.19. Sự biến thiên nồng độ kim loại nặng trong dịch chiết theo tỷ lệ 55

phối trộn

Luận văn thạc sĩ – K19 KHMT

DANH MỤC CÁC BẢNG

Trang

Bảng 1.1. Tài nguyên bauxite ở các châu lục trên thế giới 3

Bảng 1.2. Trữ lượng và sản lượng khai thác bauxite ở trên thế giới 4

Bảng 1.3. Thống kê các mỏ bauxite laterite chính ở miền nam Việt Nam 7

Bảng 1.4. Thành phần quặng bauxite laterite chính ở Miền Nam Việt Nam 8

Bảng 1.5. Diện tích đất bị chiếm dụng khi khai thác mỏ bauxite Tân Rai và 13

Nhân Cơ

Bảng 1.6. Kết quả phân tích bùn đỏ Tây Nguyên 20

Bảng 1.7. Thành phần bùn đỏ của một số nhà máy alumin trên thế giới 20

Bảng 1.8. Thành phần bùn đỏ và dung dịch bám theo bùn đỏ của dự án Lâm 22

Đồng

Bảng 1.9. Thành phần bùn đỏ và dung dịch bám theo bùn đỏ của dự án 22

Nhân Cơ

Bảng 2.10. Công thức phối trộn nguyên liệu theo các tỷ lệ khác nhau 29

Bảng 3.11. Thành phần cơ giới của mẫu Bùn đỏ 42

Bảng 3.12. Hàm lượng oxit trong bùn đỏ ở Tây Nguyên, Việt Nam và một 43

số nước khác trên thế giới

Bảng 3.13. Giá trị pH và hàm lượng một số KLN trong bùn đỏ 44

Luận văn thạc sĩ – K19 KHMT

Bảng 3.14. Kết quả phấn tích XRD cho gạch nung ở các tỷ lệ khác nhau 49

Bảng 3.15. Kết quả đo pH của các tỷ lệ phối trộn khác nhau 51

Bảng 3.16. pH của các công thức phối trộn 52

Bảng 3.17. pH của dịch chiết sau 3 bậc chiết 53

Bảng 3.18. Kết quả phân tích KLN của các mẫu 55

Bảng 3.19. Kết quả phân tích các đặc tính vật lý của gạch 56

Bảng 3.20. Cường độ uốn nén cho gạch đất sét nung 57

Luận văn thạc sĩ – K19 KHMT

ĐẶT VẤN ĐỀ

Việt Nam là quốc gia có nhiều tiềm năng về quặng bauxite. Theo báo cáo

của chính phủ trước Quốc Hội, tổng trữ lượng quặng bauxite đã được xác định

khoảng 5,5 – 6,9 tỷ tấn trong đó khu vực Miền Bắc (Cao Bằng, Hà Giang, Lạng

Sơn…) khoảng 91 triệu tấn, còn lại tập trung chủ yếu ở khu vực Miền Nam ( Tây

Nguyên) khoảng 5,4 tỷ tấn. Đây là yếu tố quan trọng quyết định việc phát triển

ngành công nghiệp khai thác bauxite, sản xuất Alumina và nhôm kim loại ở Việt

Nam.

Việc khai thác quặng bauxite ở Tây Nguyên là một chủ trương lớn của Đảng

và Nhà nước. Tuy nhiên trong quá trình luyện alumin từ quặng bauxite theo công

nghệ Bayer đã tạo ra một loại bùn thải được gọi là Bùn đỏ (Red Mud).

Bùn đỏ bản chất là phế thải chứa khoáng vật sét và Fe, nhưng có chứa nhiều

kim loại nặng độc hại nên nó được coi là chất thải nguy hại của ngành công nghiệp

sản xuất Al. Thành phần hóa học của bùn đỏ gồm các oxit Fe2O3, SiO2, Al2O3,

TiO2, NaO, CaO, K2O,..Ngoài các oxit chính thì nó còn chứa một số nguyên tố kim

nặng độc hại và nguyên tố kim loại quý như: V, Ga, Th…Các khoáng vật có trong

thành phần bùn đỏ gồm khoáng vật còn lại của quặng bauxite ban đầu như: Hematit,

Gơtit, Thạch anh, Gibsip, Bơmit, Muscovite, Anataz; cùng các khoáng vật kết tinh

trong quá trình công nghệ sản xuất Alumin (quy trình Bayer) như: Canxit, Sodalit,

Aluminat Ca và Thạch cao.

Hiện nay việc khai thác quặng bauxite và sản xuất alumin cũng gây ra một số

vấn đề ảnh hưởng nghiêm trọng tới môi trường đất và nước như:

- Khai thác bauxit đã làm mất hàng nghìn hecta rừng, đất trồng trọt, tiêu, chè

cà phê… và việc hoàn thổ là một vấn đề rất khó vì sau khi hoàn thổ có thể sẽ

xuất hiện những loài cây lạ khó diệt, hay nguy cơ sạt lở đất, biến đổi dòng

chảy…

Luận văn thạc sĩ – K19 KHMT

- Xảy ra vấn đề thiếu nước trầm trọng phục vụ cho trồng trọt và thủy điện nếu

tập trung nước phục vụ cho quá trình sản xuất Alumin.

- Nước bùn đỏ chứa một lượng sút đáng kể, có tác dụng ăn mòn và hủy diệt

môi sinh xung quanh dự án. Bùn đỏ cũng chứa nhiều thành phần hóa học độc

hại nên khi nó xâm nhập vào môi trường gây ô nhiễm nặng nguồn nước, đặc

biệt là các sông thuộc lưu vực sông Đồng Nai và Sepepok.

Hiện nay, phương pháp xử lý bùn đỏ mà các dự án đang áp dụng là chứa

trong các hồ lớn rồi phủ lên một lớp đất dầy, sau đó trồng cây lên để chống phong

hóa. Tuy nhiên, địa hình của các dự án có địa thế cao, gió lớn về mùa khô và mưa

nhiều về mùa mưa nên việc giữ cho hàng triệu tấn bùn đỏ từ năm này qua năm khác

để không bị gió cuốn đi là rất khó, nguy cơ tiềm ẩn vỡ đập tương đối cao.

Các nhà khoa học của Việt Nam đã và đang nghiên cứu việc tận dụng và tái

sử dụng lại bùn đỏ để phục vụ cho hoạt động sản xuất tại địa phương. Mặc dù bùn

đỏ có chứa nhiều thành phần hóa học độc hại đối với môi trường, nhưng do bùn đỏ

có chứa nhiều khoáng và các nguyên tố đất hiếm - là nguồn nguyên liệu rất tốt cho

việc sản xuất gốm hay vật liệu xây dựng. Do đó đề tài “ Nghiên cứu tỷ lệ phối trộn

Bùn đỏ với một số khoáng chất địa phương đến quá trình ổn định hóa rắn Bùn

đỏ sản xuất vật liệu xây dựng” đã được tiến hành nhằm đạt được các mục tiêu sau:

- Giúp làm giảm một lượng đáng kể bùn thải sinh ra và làm giảm diện tích bể

chứa bùn, giảm tác động của chúng đến môi trường.

Luận văn thạc sĩ – K19 KHMT

NỘI DUNG

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1.Tiềm năng khoáng sản bauxite trên thế giới và ở Việt Nam.

1.1.1. Khái niệm

Bauxite là một loại quặng nhôm trầm tích có màu hồng hoặc nâu, được hình

thành trên các đá chứa hàm lượng sắt thấp hoặc sắt bị rửa trôi trong quá trình phong

hóa nhưng giàu nhôm hoặc nhôm được tích tụ từ các quặng có trước do quá trình

xói mòn. Quặng bauxite phân bố chủ yếu trong vành đai xung quanh xích đạo, đặc

biệt trong môi trường nhiệt đới. Từ bauxite được xem là nguyên liệu chính để sản

xuất alumin.

Bauxite không phải là dạng khoáng vật riêng rẽ, mà là hỗn hợp dạng keo của

hydroxit nhôm, sắt với xút và nước.Quặng bauxite thường có cấu tạo dạng đá cứng

hoặc bở rời, dạng trứng cá hoặc hạt đậu, dạng lỗ hổng, dăm kết và các dạng khác. 1.1.2.Tiềm năng khoáng sản bauxite trên thế giới

Theo số liệu thống kê mới nhất của Sở Địa chất Mỹ tháng 01 năm 2013

(U.S.Geological Survey. Mineral Commodity Summaries 2013) thì tài nguyên

bauxite trên thế giới có khoảng từ 55 đến 75 tỷ tấn. Theo đó trữ lượng bauxite

khoảng 28 tỷ tấn phân bố ở hơn 40 quốc gia, trong đó Châu Phi chiếm 32%, Châu

Đại Dương 23%, Nam Mỹ và Caribean 21%, Châu Á 18% và các nước còn lại

chiếm 6%. Thống kê cho thấy có 5 quốc gia có trữ lượng bauxite trên 1 tỷ tấn là

Guinea (7,4 tỷ tấn), Australia (6 tỷ tấn), Brazil (2,6 tỷ tấn), Jamaica (2 tỷ tấn) và

Việt Nam (2,1 tỷ tấn).

Bảng 1.1. Tài nguyên bauxite ở các châu lục trên thế giới

Châu lục Phần trăm

Châu Phi 32%

Châu Đại Dương 23%

Nam Mỹ và Caribbean 21%

Châu Á 18%

Luận văn thạc sĩ – K19 KHMT

Các nước có trữ lượng bauxite đều tiến hành khai thác bauxite để sử dụng

trong nước và xuất khẩu. Trên thế giới hiện có 30 nước với 111 nhà máy chế biến

alumin và 40 nước với 156 nhà máy điện phân nhôm kim loại.

Dưới đây là bảng thống kê trữ lượng và sản lượng khai thác bauxite trên thế

giới trong năm 2011 và 2012

Bảng 1.2. Trữ lượng và sản lượng khai thác bauxite trên thế giới

(nghìn tấn)

Sản lượng

Trữ lượng

STT

chắc chắn

Nước

2012

2011

United States

20.000

Australia

73.000

6.000.000

70.000

Brazil

34.000

2.600.000

31.800

China

48.000

830.000

45.000

Greece

2.100

2.000

600.000

Guinea

17.600

19.000

7.400.000

Guyana

1.850

850.000

1.820

India

20.000

900.000

19.000

Indonesia

30.000

1.000.000

37.100

Jamaica

10.300

2.000.000

10.200

Kazakhstan

5.300

160.000

5.500

Russia

6.100

200.000

5.890

Sierra Leone

1.200

180.000

1.460

Suriname

4.200

580.000

4.000

Venezuela

4.500

320.000

4.500

Việt Nam

300

2.100.000

600

Các nước khác

2.850

3.100

2.100.000

259.000

263.000

28.000.000

Toàn cầu (số làm tròn)

Nguồn: Tạp chí Tài nguyên và Môi trường [34]

Luận văn thạc sĩ – K19 KHMT

Theo số liệu thống kê ở bảng 1.1 có thể thấy Việt Nam có trữ lượng bauxite

đứng thứ 4 trên thế giới sau các nước Guninea (7,4 tỷ tấn), Australia (6 tỷ tấn),

Brazil (2,6 tỷ tấn). Trong năm 2012 sản lượng khai thác bauxite của Australia là cao

nhất thế giới (73 triệu tấn), tiếp đó đến Trung Quốc (48 triệu tấn), Brazil đứng thứ 3

với 34 triệu tấn.

Mặc dù có trữ lượng bauxite lớn thứ 4 thế giới (chiếm 7,5% trữ lượng

bauxite thế giới) nhưng sản lượng khai thác của Việt Nam còn rất nhỏ (600 nghìn

tấn vào năm 2011 và năm 2012 giảm xuống còn 300 nghìn tấn) chỉ chiếm khoảng

1,14% sản lượng của thế giới.

Như vậy với trữ lượng bauxite lớn, Việt Nam có tiềm năng phát triển công

nghiệp khai khoáng và chế biến nhôm để đáp ứng nhu cầu nhôm trong nước và xuất

khẩu.

1.1.3.Tiềm năng khoáng sản bauxite ở Việt Nam.

Về mặt địa chất, lãnh thổ Việt Nam nằm ở phần trung tâm Đông Nam Á

thuộc mảng thạch quyển Á - Âu có lịch sử phát triển địa chất lâu dài từ Arkei đến

hiện đại, lại nằm trong vùng nhiệt đới gió mùa nên hình thành nguồn tài nguyên

khoáng sản phong phú và đa dạng.Quặng bauxite ở miền Bắc Việt Nam được phát

hiện từ trước cách mạng tháng 8. Các nhà địa chất Pháp R.Bourret, E. Patte (1927)

đã tìm thấy một loại đá gọi là “ sa thạch sắt” – loại đá giàu nhôm ở vùng Lạng Sơn,

sauu đó 10 năm, chính họ đã khẳng định sự có mặt của bauxite ở Lạng Sơn, Hà

Giang ( tại Bản Lỏng, Tam Lung, Mèo Vạc, Lũng Pú, Táp Ná…). Vào thời gian

1938 – 1939, người Pháp đã khai thác mỏ bauxite Tam Lung để lấy 30 tấn quặng và

mỏ ở Bản Lỏng – 160 tấn quặng. Cũng trong thời gian đó, quặng bauxite được phát

hiện ở các nơi khác, trong đó có Hải Dương. Quặng bauxite ở miền Bắc Việt Nam

chủ yếu là loại bauxite trầm tích có tuổi Permi muộn nằm trên mặt bào mòn của đá

vôi Carbon - Permi, rất ít mỏ nằm trên mặt bào mòn đá vôi tuổi Devon. Thành phần

khoáng vật quặng bauxite trầm tích chủ yếu là boehmite và diaspore. Ở miền Bắc

Việt Nam cũng có một số ít quặng bauxite laterite trong vỏ phong hóa các đá bazan

tuổi Pliocen - Pleistocen nhưng tài nguyên nhỏ, không có giá trị công nghiệp.

Luận văn thạc sĩ – K19 KHMT

Ở miền Nam Việt Nam, quặng bauxite được phát hiện muộn hơn. Những

nhận định ban đầu về sự có mặt của quặng bauxite laterit trên các cao nguyên bazan

Tây Nguyên thuộc về các nhà địa chất M. Schmit (1963), J.P. Berrage (1974),

Nguyễn Xuân An (1979) [32]. Tiếp theo đó, sau năm 1975, công tác nghiên cứu địa

chất đã được tiến hành rộng khắp trên toàn bộ lãnh thổ phía Nam Việt Nam, dẫn

đến là rất nhiều điểm quặng và mỏ bauxite đã được phát hiện và ghi nhận trên bản

đồ địa chất như: Kon Plong, Kon Hà Nừng, Đăk Nông, Bảo Lộc… ở Tây Nguyên.;

Bình Long ở Đông Nam Bộ; Vân Hòa, Thiên Ấn ở Nam Trung Bộ.

Gần đây (năm 2010) một kết quả thống kê chuyển đổi trữ lượng và tài

nguyên bauxite laterite về một "mặt bằng cấp trữ lượng và tài nguyên" theo quy

định về thăm dò, phân cấp trữ lượng và tài nguyên bauxite cho thấy tổng trữ lượng

và tài nguyên bauxite laterite của 23 mỏ ở Tây Nguyên được 2,522 tỷ tấn quặng tinh

(+1mm), giảm 566 triệu tấn quặng tinh (18,3%) so với dự kiến.

Trữ lượng quặng tinh có thể huy động vào nghiên cứu khả thi khai thác đạt

314,159 triệu tấn (15,64% so với tổng tài nguyên tinh quặng). Trữ lượng đã được

cấp phép khai thác 50,739 triệu tấn chiếm 16,15% trong tổng trữ lượng quặng tinh

và chỉ đạt 2,01% tổng trữ lượng và tài nguyên quặng tinh nêu trên. Cho đến nay

(tháng 2/2012), kết quả thăm dò 4 mỏ bauxite laterite ở Đăk Nông và Bình Phước

đạt tổng trữ lượng là 1.346,129 triệu tấn quặng nguyên khai, tương đương 520,901

triệu tấn tinh quặng (+1mm), giảm so với số dự kiến ở 4 mỏ tương ứng là 548,6

triệu tấn quặng nguyên khai (giảm 28,95% so với dự kiến), tương đương giảm 329,3

triệu tấn tinh quặng (giảm 38,73%). Kết quả này cho thấy nhận định chung rằng

"thường khi thăm dò tỉ mỉ đều cho trữ lượng và chất lượng tăng" không phải hoàn

toàn đúng

Luận văn thạc sĩ – K19 KHMT

Bảng 1.3. Thống kê các mỏ bauxite laterite chính ở miền Nam Việt Nam

Trữ lượng quặng tinh đã được phê duyệt hoặc dự kiến đạt được (Triệu tấn) STT Tên mỏ Mức độ thăm Diện tích (Km2) Quặng nguyên khai (Triệu Trữ Tài dò Tổng tấn) lượng nguyên

Đã 97,3 1-5 1 123 133,6 283,7 36,3

Đã 95,7 2 Gia Nghĩa 117,5 139,7 308,5 44

Đã 37,7 Tân Rai 3 70 116,7 236 79

Đã 53,3 Tây Tân Rai 4 43 59,8 148,8 6,5

Đã 2,7 5 Đồi Thắng Lợi 3 2,7 5,4

356,5 452,5 982,4 Tổng

6 Kon Nà Nừng 67,5 Đang 52,7 117,1 52,7

7 Bắc Gia Nghĩa 142,5 Đang 189,7 462,6 189,7

8 Đắk Song 228 Đang 326,2 795,5 326,2

9 Gia nghĩa 2 205,5 Đang 253,4 618,1 253,4

Đông Bắc và Tây Nam 1-5 10 174,6 Đang 162,7 396,8 162,7

11 Nhân Cơ 286 Đang 269,4 660 269,4

12 Tân Rai (TKV) 94,5 Đang 341 643,7 341

13 Bảo Lộc (TKV) 67,8 Đang 162 306,1 162

14 Thống Nhất 341,3 Đang 291 582 291

15 Thọ Sơn 158,9 Đang 116,1 232 116,1

16 Quảng Sơn 83,6 Đang 115,4 281,5 115,4

17 Tuy Đức 240 Đang 310,4 757,7 310,4

18 TCTy Hóa Chất 36,7 Đang 38 66,1 38

19 Vân Hòa 5 Đang 8 16 8

2131,9 2636 5935,2 Tổng

2488,4 3088,5 6917,6 Tổng cộng

Nguồn: Đề án "Điều tra đánh giá tổng thể tiềm năng quặng bauxite, quặng

sắt laterite Miền Nam Việt Nam" [27, 64]

Luận văn thạc sĩ – K19 KHMT

Như vậy Tây Nguyên có tiềm năng khai thác bauxite lớn đặc biệt là ở Đăk

Nông, Gia Nghĩa và Di Linh, Bảo Lộc. Trên cơ sở đó hai nhà máy sản xuất alumin

đầu tiên của Việt Nam đã được xây dựng tại Tân Rai, Bảo Lộc, Lâm Đồng và Nhân

Cơ, Gia Nghĩa, Đăk Nông.

Dưới đây là số liệu về thành phần hóa học trong các mẫu quặng bauxite được

khai thác

Bảng 1.4. Thành phần quặng bauxite nguyên khai ở các khu mỏ Tây Nguyên

Thành phần hoá học, % Mẫu Tân Rai (AP-Pháp) Mẫu Nhân Cơ (CSIRO-Úc) Mẫu Gia Nghĩa (ALCOA-Úc)

47,1 2,68 21,1 49,58 2,46 17,3 47,7 5,9 18,9

2,62 2,69 2,9

Al2O3 SiO2 Fe2O3 TiO2 M.K.N (Mất khi nung) Na2O K2O CaO MgO Carbonat 27,2 0,01 0,01 0,01 0,01 0,05 0,15-0,23

0,041 V: 229ppm V2O5

0,001 Ga2O3

26,4 <0,3 0,06 V: 245 ppm (V2O5: 0,0437) Ga: 60 ppm (Ga2O3: ,0081) 0,076 0,16 0,07

S SO3 C tổng C hữu cơ 0,108 0,1 0,17 0,11 0,14 0,08

0,015

Oxalat P2O5 ZnO 0,08 <15ppm 0,23 0,003 0,18 Zn: 54ppm

Luận văn thạc sĩ – K19 KHMT

0,01 0,03 0,084 Zr: 227ppm Cr: 661ppm

BaO ZrO2 Cr2O3 PbO Be Hg 0,01 Pb: 7ppm 0,5ppm 0,07ppm

Nguồn: Tạp chí tài nguyên và môi trường [34]

1.2. Hoạt động khai thác, chế biến bauxite Tây Nguyên và các vấn đề

môi trường phát sinh.

1.2.1. Đặc điểm chung của hoạt động khai thác, chế biến bauxite Tây Nguyên

Hoạt động khai thác và chế biến bauxite ở Tây Nguyên ở 2 tỉnh Lâm Đồng

và Đăk Nông đều có những nét tương đồng. Đó là lớp quặng bauxite nằm gần mặt

đất dưới một lớp phủ mỏng, nằm trên mực nước ngầm và có chiều dày trung bình từ

4 – 5m, nhưng lại trải dài trên diện rộng của bề mặt địa hình dạng đồi, do vậy dễ

dàng khai thác bằng công nghệ mông mỏ nội thiên với các phương tiện cơ giới

trong khai đào, bốc xúc, vận chuyển. Chất lượng quặng tốt, tạp chất chủ yếu là sét,

do đó có thể tuyển rửa trong môi trường nước đạt đến độ sạch là 99% để thu hồi

tinh quặng ở cấp hạt ≥ 1mm. Thành phần khoáng vật của quặng chủ yếu là Gibsit

nên rất thuận lợi để sản xuất Alumina theo phương pháp bayer với thiết bị công

nghệ (trước mắt) nhập từ Trung Quốc. Nước phục vụ cho việc sản xuất được lấy từ

các nguồn nước mặt, điện được lấy từ các nhà máy nhiệt điện tự xây tại khu vực nhà

máy Alumina. Tuy nhiên, tùy thuộc vào vị trí của mỏ bauxite, của nhà máy

Alumina và điều kiện cụ thể của từng địa bàn, có thể có sự khác nhau chút ít trong

hệ số bóc đất phủ, trong vận chuyển quặng bằng ô tô, băng tải, hoặc kết hợp trong

thu dọn thảm thực vật là rừng tự nhiên, rừng trồng hoặc thảm cây trồng nông

nghiệp.

Suy rộng ra đến các khu vực dự án bauxite – Alumin khác trên lãnh thổ Tây

Nguyên, có thể cho rằng nguồn gây tác động và các đối tượng của môi trường tự

nhiên bị tác động về cơ bản là rất giống nhau. Trên cơ sở đó có thể khái quát việc

Luận văn thạc sĩ – K19 KHMT

phân tích, đánh giá tác động môi trường của một hoạt động khoáng sản bauxite và

quy tụ chúng trong một tiến trình gồm hai giai đoạn: 1, Khai thác và tuyển quặng

bauxite và 2, Sản xuất Alumina từ quặng bauxite .

1.2.2. Khai thác, tuyển quặng bauxite và các vấn đề môi trường liên quan

Khai thác và làm giàu quặng bauxite, cũng như bất kỳ một dự án xây dựng

nhà máy nhiệt điện, làm đường giao thông hoặc ngăn đập tạo hồ chứa nước thủy

lợi… đều gây ra những tác động nhất định đến môi trường. Hơn nữa, dự án bauxite

– alumina ở Tây Nguyên với những hạng mục công trình chính của nó có thể xem

như một tổ hợp dự án phát triển đa thành phần. Do vậy, tác động môi trường do

khai thác và chế biến bauxite là rất lớn và đa dạng. Để có thể hình dung tác động

nhiều mặt của việc khai thác, chế biến quặng bauxite ở Tây Nguyên đến môi trường

tự nhiên, dưới đây dẫn ra kết quả tương đối cụ thể các tác động của môi trường đối

với dự án khai thác, chế biến quặng bauxite mỏ Tân Rai, tỉnh Lâm Đồng do GS

Đặng Trung Thuận và các cộng sự tiến hành năm 1998[16], kết hợp với dự án Nhân

Cơ [24] để làm ví dụ minh họa ( hình 1.1).

Từ sơ đồ ta thấy rằng trong quá trình khai thác và tuyển quặng bauxite, chất

thải được phát sinh từ nhiều nguồn: khí thải, nước thải, chất thải rắn, trong đó nhiều

nhất là đất thải và bùn thải, gây tác động nhiều mặt đến tài nguyên và môi trường tự

nhiên.

Khối lượng chất thải: Theo số liệu dự án Tân Rai thì dòng vật chất đầu vào là

dòng thải trong suốt 50 năm hoạt động của tổ hợp bauxite – nhôm như sau: Tổng lượng đất phủ phải gạt bỏ khoảng 35,851 triệu m3; Tổng lượng quặng nguyên khai

có thể lấy 201,186 triệu tấn; Hệ số bóc phủ đất ≤0,3, trung bình 0,17. Để đáp ứng

nhu cầu nguyên liệu cho nhà máy Alumina công suất 600.000 tấn/năm, thì hàng

năm khối lượng quặng cần khai thác và đất đá loại bỏ như sau: Quặng khô:

3.051.220 tấn; Quặng ướt: 3.494.668 tấn; Đất thải tương ứng 594.100m3; Quặng

nguyên khai cần tuyển: 2.502.000 tấn; Quặng đuôi thải ra: 1.310.000 tấn; Nước cấp cho tuyển: 10.960m3/ngày. Bùn thải chứa quặng đuôi 51.578m3/ngày. Dung dịch

Luận văn thạc sĩ – K19 KHMT

bùn được thải chủ yếu bằng phương pháp tự chảy theo đường ống O400 với độ dốc

8%. Để chứa quặng đuôi cho 50 năm hoạt động; dự án đã thiết kế hai hồ chứa với

Chọn khai trường

Chất thải rắn , tiếng ồn. Động thực vật

dung tích V1 = 15.416.600m3 và V2 = 16.042.000m3

Thu dọn thảm thực vật

Chất thải rắn, tiếng ồn, bụi. Đất và nước

Để dành đất cho hoàn thổ

San gạt lớp đất phủ

Khí độc hại, bụi, tiếng ồn. Sinh vật

Khí thải, bụi, tiếng ồn. Công nhân

Nổ mìn( khi cần thiết)

Bụi, ồn, khí thải dân cư

Bốc xúc quặng

Bùn thải, nước mặt, đất đai

Vận chuyển quặng

Bụi, tiếng ồn. Công nhân

Sàn tuyển ướt

Bui,ồn, khí thải. Dân cư

Trộn quặng

Vận chuyển tinh quặng

Nhà máy Alumina

Hình 1.1: Sơ đồ nguồn thải trong khai thác, tuyển quặng bauxite và đối tượng bị

tác động

Luận văn thạc sĩ – K19 KHMT

Theo số liệu dự án Nhân Cơ, để đáp ứng nhu cầu nguyên liệu cho nhà máy

Alumina công suất 600.000 tấn/năm, thì khối lượng quặng cần khai thác và tuyển

hàng năm ước tính khoảng 1,2 – 1,5 triệu tấn; Tổng khối lượng quặng khai thác

trong 50 năm khoảng 60 – 75 triệu tấn. Khối lượng đuôi quặng thải sau tuyển 594.000 tấn/năm chất thải rắn và 9.747.693m3 bùn thải. Diện tích bãi thải đuôi

quặng khoảng 66,5ha. Trong 50 năm khai thác, tổng khối lượng đất phủ phải gạt bỏ khoảng 90,637 triệu m3, trung bình hàng năm là 1,812 triệu m3. Số liệu từ hai dự án

cho thấy khối lượng chất thải do khai thác và tuyển quặng cũng ảnh hưởn đến môi

trường rất lớn. Dưới đây chỉ bàn thảo đến các đối tượng chính bị tác động là: đất,

nước và thảm thực vật, vì chúng là những hợp phần cơ bản nhất của môi trường

sống.

Tác động đến môi trường đất: Tác động này thể hiện ở hai khía cạnh: chất

lượng đất và diện tích đất đai. Theo kết quả nghiên cứu vỏ phong hóa và mặt cắt của

vỏ phong hóa laterit chứa bauxite trên đá bazan Tây Nguyên thấy rằng trên cùng

của vỏ phong hóa là lớp phủ thổ nhưỡng, còn lớp đất gần cuối bên dưới là lớp sét

loang lổ. Lớp phủ thổ nhưỡng đặc trưng bằng loại đất feralit màu nâu đỏ trên đá

bazo (quen gọi là đất đỏ bazan), có tầng dầy vài mét, tỉ lệ sét cao, thành phần cơ

giới nặng, nhưng có cấu trúc tốt, tương đối xốp và thoáng khí. Đất giàu mùn, giàu

các catrion Al, Ca, Mg, Fe nhưng nghèo K. Đạm và lân tổng số cao, nhưng lân dễ

tiệu dạng P2O5 thấp do nó kết hợp với Fe và Al tạo thành hợp chất dạng AlPO4 và

FePO4 khó hòa tan. Đất đỏ bazan có độ phì cao, thích hợp cho các loại cây công

nghiệp lâu năm như cao su, chè, cà phê và các cây trồng nông nghiệp khác. Đất

bazan thường bị thiếu ẩm vào mùa khô và dễ bị rửa trôi vào mùa mưa [4, 12].

Trong quy trình khai thác lộ thiên, công đoạn đầu tiên là gạt bỏ lớp phủ thổ

nhưỡng đất đỏ màu mỡ, làm xáo trộn, thay đổi cấu trúc của phẫu diện lớp đất mặt,

các hợp phần dinh dưỡng trong đất sẽ nghèo đi và không thuận lợi cho cây trồng

sau đó. Sau khi lấy hết lớp quặng bauxite thì trên mặt đáy sau khai thác chỉ còn lại

lớp đất sét loang lổ nguyên chất, chặt sít, mà từ đó để hình thành nên lớp thổ

nhưỡng như hiện tại phải mất hàng trăm năm, thậm chí hàng nghìn năm. Mặt khác,

Luận văn thạc sĩ – K19 KHMT

vào mùa mưa, lượng đất thải bở rời dễ dàng bị cuốn trôi theo dòng chảy bề mặt, gây

bồi lấp những vùng đất canh tác của cư dân hạ lưu. Địa hình đồi núi trên các cao

nguyên bazan là yếu tố thuận lợi cho quá trình này. Như vậy, hoạt động khai thác

quặng bauxite trên địa hình đồi làm thay đổi cấu trúc thổ nhưỡng, đi cùng với sự xói

mòn, rửa trôi chất dinh dưỡng tất yếu dẫn đến sự thoái hóa lớp đất đỏ bazan vốn rất

màu mỡ, biến thành đất bạc màu, thậm chí “đất chết”, nếu không có những biện

pháp can thiệp tích cực của khoa học kỹ thuật và công tác quản lý.

Đáng lưu ý hơn là vấn đề tài nguyên đất đai bị suy giảm do chiếm dụng tạm

thời hoặc vĩnh viễn trong quá trình khai thác và tuyển quặng bauxite. Những số liệu

thống kê và tính toán ( bảng 1.5) cho thấy sự suy giảm của tài nguyên đất.

Bảng1.5: Diện tích đất bị chiếm dụng khi khai thác mỏ Tân Rai và Nhân Cơ

STT Hạng mục công trình Diện tích Thời hạn sử Ghi chú

dụng (năm) (ha)

1 Mỏ Tân Rai 22.000 50 2.22% DTTN Lâm

Đồng

2 Khai trường và xưởng tuyển 1.463 50 và < 50

quặng

3 Khu nhà máy Alumina 107 50

4 Diện tích đất bị chiếm dụng 2.533 50 và > 50 Giai đoạn 1 Tân

Rai

5 Mỏ Nhân Cơ 50 1,53% DTTN Đăk

Nông

6 Khu tuyển quặng và đổ thải 80,5 50

Luận văn thạc sĩ – K19 KHMT

7 Khu nhà máy Alumina 239 50

8 Đập và hồ chứa 500 50

228 9 Định canh, định cư Lâu dài

10 Các hạng mục khác 50

Tổng diện tích vị chiếm dụng 2.298 50 và <50 Mỏ Nhân Cơ

Nguồn: Khai thác bauxite và phát triển bền vững Tây Nguyên [13]

1.2.3. Công nghệ sản xuất alumin (Al2O3)

Quá trình sản xuất alumin thực chất là quá trình làm giàu Al2O3, nhằm tách

lượng Al2O3 trong bauxite ra khỏi các tạp chất khác (các oxit…). Alumin nhận được

phải đảm bảo chất lượng cho quá trình điện phân trong bể muối nóng chảy cryolite

(Na3AlF6) để nhận được Al kim loại. Các phương pháp chính sản xuất alumin:

a. Sản xuất alumin bằng phương pháp hoả luyện

Trong số các phương pháp hỏa luyện thì phương pháp thiêu kết bauxite với

Na2CO3 có sự tham gia của CaCO3 (gọi là phương pháp sôđa - vôi) là phương pháp

kinh tế và được ứng dụng công nghiệp. Phương pháp thiêu kết dùng để xử lý quặng

bauxite có chất lượng trung bình hoặc kém (hàm lượng SiO2 cao), nếu xử lý bằng

công nghệ Bayer (công nghệ thủy luyện) thì không có hiệu quả kinh tế.

Nguyên lý của phương pháp hỏa luyện là: Thiêu kết hỗn hợp bauxite + Na2CO3 + CaCO3 trong lò ống quay ở nhiệt độ 1200oC để thực hiện các phản ứng

Al2O3 + Na2CO3 = 2 NaAlO2 + CO2

SiO2 + 2 CaCO3 = 2CaO.SiO2 + 2CO2

NaAlO2 rắn trong thiêu kết phẩm (sản phẩm sau khi thiêu) dễ tan trong

nước. Còn 2CaO.SiO2 không tan trong nước và đi vào cặn thải (bùn thải).

Phương pháp thiêu kết có thể được áp dụng độc lập hoặc kết hợp với phương

pháp Bayer: Phương pháp kết hợp song song hoặc nối tiếp. Phương pháp thiêu kết

Luận văn thạc sĩ – K19 KHMT

được ứng dụng nhiều ở các nước: Nga, Tiệp Khắc trước đây, Trung Quốc hiện đang

sử dụng phương pháp này trong một số nhà máy sản xuất alumin để xử lý quặng

bauxite có hàm lượng silic cao.

b. Sản xuất alumin bằng phương pháp Bayer (phương pháp thuỷ luyện)

Công nghệ Bayer là công nghệ sản xuất alumin từ quặng bauxite bằng

phương pháp kiềm hoá (phương pháp thuỷ luyện) với hiệu quả kinh tế - kỹ thuật

cao và là công nghệ chính để sản xuất alumin. Công nghệ này đòi hỏi nguồn nguyên

liệu bauxite có chất lượng tốt và đặc biệt là cho bauxite có hàm lượng silic thấp.

Hiện nay và dự báo trong tương lai khoảng 95% alumin trên thế giới vẫn được sản

xuất bằng công nghệ này [48]. Công nghệ Bayer được dựa trên cơ sở của phản ứng

Hoà tách > 1000C

thuận nghịch sau:

Kết tủa < 1000C

Al(OH)3 + NaOH NaAlO2 + 2H2O

Gibbsite rắn

Để hòa tan được quặng, dung dịch cần đảm bảo điều kiện (nồng độ NaOH,

nhiệt độ, áp suất) tùy theo đặc điểm của từng loại quặng. Nếu quặng chứa chủ yếu là gibbsite thì nhiệt độ cần có là 140oC, nhưng nếu quặng có hàm lượng boehmite cao thì cần hòa tan ở nhiệt độ từ 200 – 280oC, tùy vào nhiệt độ hòa tan sẽ có áp suất tương ứng, ví dụ như ở 240oC thì áp suất là 3 MPa. Sau đó hạ nhiệt độ của hỗn hợp này xuống 106oC, ở điều kiện áp suất khí quyển.

Quy trình công nghệ sản xuất alumin từ bauxite được trình bày trong Hình

1.3 [61, 50]:

Công nghệ Bayer chủ yếu gồm các công đoạn:

- Bauxite được hoà tách với dung dịch kiềm NaOH. Lượng Al2O3 được tách ra

trong dạng NaAlO2 hoà tan và được tách ra khỏi cặn không hoà tan (gọi là

bùn đỏ do chủ yếu là các oxit sắt nên có màu đỏ, ngoài ra còn có oxit titan,

oxit silic…).

Luận văn thạc sĩ – K19 KHMT

- Dung dịch aluminate NaAlO2 được hạ nhiệt đến nhiệt độ cần thiết và cho

mầm vào để kết tủa Al(OH)3.

Sản phẩm Al(OH)3 cuối cùng được lọc, rửa và nung để tạo thành Al2O3

thành phẩm

Hình 1.2. Công nghệ Bayer chế biến alumin từ bauxite [60]

Luận văn thạc sĩ – K19 KHMT

NaOH

Bauxite

Hòa tan

Phần rắn

Dung dịch NaAlO2

Lọc

Rửa

Loại bỏ Silic

CO2

Mầm kết tủa

Sấy khô

Kết tủa Al(OH)3

Bùn đỏ khô

Al(OH)3

Nước

Hình 1.3. Quy trình sản xuất alumin [61]

Giải thích quy trình:

Nghiền và trộn bauxite với dung dịch NaOH: Sau khi đập kích thước hạt còn thô, do đó phải nghiền mịn. Tinh quặng nghiền ở dạng ướt đến cỡ hạt mịn để quá trình hòa tách đạt hiệu quả cao.

Hòa tan: Quá trình này được thực hiện trong điều kiện nhiệt độ là từ 220- 250oC. Dung dịch NaOH sẽ hòa tan nhôm oxit trong bauxite để tạo dung dịch natri aluminate, còn các cấu tử khác như Fe2O3 còn lại ở dạng rắn.

Lọc: Hỗn hợp thu được từ khâu hòa tan được lọc để lấy dung dịch natri

aluminate NaAlO2. Phần cặn còn lại là bùn chứa Fe2O3, SiO3, TiO2…

Làm nguội rồi lọc: Ở nhiệt độ thấp dung dịch natri aluminate NaAlO2 chuyển hóa thành hydrat nhôm (Al2O3(H2O)3) kết tủa và dung dịch NaOH. Làm bay hơi dung dịch NaOH, dung dịch NaOH đặc được tái tuần hoàn.

Luận văn thạc sĩ – K19 KHMT

Nung hydroxit nhôm: Nung hydroxit nhôm ở nhiệt độ cao nhằm nhận được

các sản phẩm alumin phù hợp.

Rửa bùn đỏ: Bùn đỏ được lấy ra sau quá trình lọc chứa một lượng lớn natri aluminat và kiềm. Khâu rửa bùn đỏ nhằm thu hồi triệt để natri aluminat và kiềm bằng cách rửa ngược dòng.

Thải bùn đỏ: Huyền phù bùn đỏ và cát được thu vào bể chứa bùn để thải. Từ bể này nó được bơm ra hồ bùn đỏ. Ở hồ, bùn đỏ lắng xuống đáy, nước hồ được bơm trở lại trạm xử lý nước để quay vòng trở lại quy trình Bayer hoặc bơm vào trạm trung hòa để thải ra ngoài môi trường.

Theo báo cáo đánh giá tác động môi trường của nhà máy Nhân Cơ thì để sản

xuất ra 600.000 tấn alumin, mỗi năm nhà máy sử dụng 1.563.409 tấn quặng bauxite

tinh và tiêu thụ 40.046,5 tấn NaOH. Cũng theo tính toán và dự báo thì lượng bùn đỏ

phát sinh từ khâu sản xuất alumin là 650.000 tấn/năm, lượng NaOH kèm theo bùn

đỏ là 2.996 tấn/năm [19]. Như vậy mỗi năm nhà máy sẽ thất thoát 7,48% NaOH do

dung dịch kiềm bám theo bùn đỏ. Kiềm chiếm 0,46% theo khối lượng trong hỗn

hợp bùn đỏ. Đây là nguyên nhân khiến độ kiềm trong bùn đỏ rất cao (pH = 12,5-

13).

1.2.4. Chất thải bùn đỏ và các vấn đề môi trường phát sinh

Bùn đỏ là sản phẩm thải rắn của quá trình tách alumin từ quặng bauxite bằng

công nghệ Bayer. Bùn đỏ (Red mud) là chất thải nguy hại sinh ra trong quy trình

công nghệ Bayer sản xuất alumin (Al2O3) từ quặng bauxite, chứa hàm lượng kiềm

dư cao và nhiều kim loại độc hại. Bùn đỏ gồm các thành phần không thể hòa tan,

trơ, không biến chất như hematit, natrisilico-aluminate, canxi-titanat, mono-hydrate

nhôm, tri-hydrate nhôm...

1.2.4.1. Tính chất độc hại của bùn đỏ

 Tính ăn mòn: Dung dịch bùn đỏ có độ pH trong khoảng 12,5-13, như

vậy theo QCVN 07-2009 BTNMT thì bùn đỏ có tính kiềm vượt ngưỡng chất thải

nguy hại (≥12,5). Độ kiềm cao có thể gây tổn thương nghiêm trọng với các mô khi

Luận văn thạc sĩ – K19 KHMT

tiếp xúc, ngoài ra nó còn gây nên tác động ăn mòn đối với vật liệu và trang thiết

bị.

 Kim loại nặng: Các nguyên tố kim loại nặng có trong bùn đỏ bao gồm V,

Cr, Fe, Ni, Pb, Zn… là các tác nhân gây ô nhiễm. Nếu thâm nhập vào cơ thể sẽ tích

lũy trong cơ quan nội tiết. Trong điều kiện thời tiết nắng nóng khí bụi từ bùn đỏ có

thể phát tán ra ngoài không khí gây nhiễm độc kim loại nặng thông qua đường hô

hấp.

 Nguyên tố phóng xạ: Các nguyên tố phóng xạ rất nguy hiểm đối với sức

khỏe con người và môi trường nếu chúng có mặt trong bùn đỏ. Do may mắn,

quặng bauxite tại Tây Nguyên hình thành do quá trình phong hóa đá bazan có tuổi

tương đối trẻ, chưa bị biến đổi nhiều dưới tác động của các quá trình tự nhiên nên

không có khả năng chứa các nguyên tố phóng xạ.

1.2.4.2. Chất thải bùn đỏ và các tác động đến môi trường.

a. Bùn đỏ: là chất không thể tránh khỏi trong quá trình sản xuất alumin

và là chất thải chưa tái chế trong quá trình công nghệ như hiện nay. Bùn đỏ gồm

các chất thải vô cơ, trong đó có chứa lượng sút dư thừa có thể gây tác động bất

lợi đối với môi trường. Thực chất bùn đỏ là một hỗn hợp, gồm các oxit kim loại

không hòa tan trong dung dịch xút ( NaOH) ở công đoạn tách trong dây chuyền

công nghệ bayer. Thành phần của bùn đỏ trong quá trình thử nghiệm sản xuất

Alumin từ quặng bauxite ở Tây Nguyên theo kết quả phân tích tại Úc và Trung

Quốc như ở bảng 1.6

Trong bùn đỏ thành phần oxit sắt chiếm hơn 46% nên làm cho bùn có màu

đỏ; có lượng sút dư thừa ( NaOH) và bùn oxalate (Na2CO3). Để sản xuất được 1 tấn

alumina bằng công nghệ bayer sẽ phải thải ra khoảng 1,5 – 2 tấn bùn đỏ.

Bùn đỏ trước khi thải ra ngoài được rửa ngược dòng 4 -6 bước nhằm thu tối

đa chất kiềm và hạn chế tác động đến môi trường. Theo công nghệ Bayer, bùn đỏ

được thải ra theo hai phương thức là thải khô và thải ướt. Trong trường hợp thải

Luận văn thạc sĩ – K19 KHMT

ướt, huyền phù bùn đỏ từ đất của các thiết bị rửa có nồng độ chất rắn chiếm khoảng

30% (đối với thiết bị lắng bằng) và khoảng 50% (đối với các thiết bị lắng đáy côn

với tốc độ cao) được bơm ly tâm bơm thẳng ra hồ chứa bùn đỏ.

Đối với bùn thải khô, bùn

đỏ được bơm từ thiết bị rửa qua

máy lọc để nâng nồng độ chất rắn

Bảng 1.6: Kết quả phân tích bùn đỏ Tây Nguyên (Đơn vị %)

Hợp phần

lên 65% và vận chuyển tới bãi

Dự án Tân Rai

Dự án Nhân Cơ

thải. Theo số liệu công bố tháng

Fe2O3

46,41

46,32

12/2008 của dự án ATF (2006 -

Al2O3

16,91

17,56

2011), trên thế gưới hiện nay có

khoảng 73 nhà máy sản xuất

SiO2

6,60

6,70

alumina, trong đó có khoảng 20

TiO2

5,48

7,20

nhà máy (chiếm 72%) ở Châu Âu

Na2O

3,06

3,43

và Châu Úc… áp dụng công nghệ

CaO

4,48

5,29

thải khô nơi có lượng mưa thấp;

các nhà máy còn lại (chiếm 73%)

Chất khác

17,06

13,50

tập trung ở Trung Quốc, Ấn Độ,

Nguồn: Nguyễn Thanh Liêm, TKV

Brazin, phía Đông Úc, Jamaica

và các nước đang phát triển khác

áp dụng công nghệ thải ướt [65,

66]

Bảng 1.7. Thành phần bùn đỏ của một số nhà máy alumin trên thế giới

Nguyên tố %

Mẫu 1(Kaiser)

Mẫu 2 (Alcoa)

Mẫu 3 (Alcoa)

Mẫu 4 (Reynolds)

2 - 4

5 - 10

3 - 8

1,3

< 0,005

0,005

0,02

0,01

<0,0001

<0,001

5 - 10

3 - 6

4 - 6

20 - 40

0,01

<0,005

0,01

<0,002

Luận văn thạc sĩ – K19 KHMT

0,02

0,01

0,002

<0,005

0,1

0,005

0,05

10 - 20

20 - 40

5 - 10

0,03

0,1

0,3

0,2

0,1

0,3

0,03

1,0

0,4

0,2

0,02

0,5

2 - 4

1,0

1 - 3

0,1

0,03

0,002

<0,005

0,02

0,005

0,01

0,8

2 - 4

5 - 10

2 - 4

0,05

0,03

0,01

2 - 4

1 - 2

3 - 6

0,1

0,03

0,01

0,1

0,2

Nguồn: Nghiên cứu khả năng chế tạo vật liệu xây dựng TF bùn đỏ phát sinh trong

công nghệ sản xuất alumin ở Tây Nguyên[11]

Bùn đỏ bao gồm các chất không thể hòa tan, trơ và khá bền vừng trong điều

kiện phong hóa và đặc biệt có chứa hàm lượng xút dư thừa cao có pH từ 12 – 13,5,

một hóa chất độc hại đối với sức khỏe con người và môi trường sinh thái. Bùn đỏ có tỷ trọng 2,6 – 3,5 tấn/m3, tỷ lệ lắng Cm/Ks khoảng 0,014 – 35,9; khoảng 80% bùn

đỏ có hạt mịn <10µm, do vậy tốc độ lắng diễn ra rất chậm. Với công suất 600 nghìn

tấn alumina/năm như nhà máy Tân Rai, lượng bùn đỏ thải ra khoảng 1,2 triệu

tấn/năm. Vì vậy, nếu thải trực tiếp ra môi trường sẽ gây ra các hậu quả sau đây:

Phải sử dụng diện tích đất lớn để lưu trữ; Làm mất khả năng sử dụng đất trong thời

gian dài; Khối lượng bùn thải lớn, trong mùa mưa có nguy cơ gây ra rửa trôi, lũ bùn

làm ô nhiễm môi trường nước mặt trên diện rộng; Lượng xút dư thừa trong bùn đỏ,

bùn oxalate thấm vào đất gây ô nhiễm và làm mất khả năng canh tác của đất, đồng

thời ngấm xuống đất gây ô nhiễm nguồn nước ngầm; Kích thước hạt bùn đỏ rất nhỏ

có khả năng phát tán vào không khí do gió, ảnh hưởng xấu tới sức khỏe con người

và môi trường sinh thái.

Luận văn thạc sĩ – K19 KHMT

Dưới đây là bảng số liệu về thành phần của bùn đỏ và dung dịch Bùn Đỏ của

2 dự án Lâm Đồng và dự án Nhân Cơ [12]

Bảng 1.8. Thành phần bùn đỏ và dung dịch bám theo bùn đỏ

của dự án Lâm Đồng

Thành phần bùn đỏ, %

Thành phần dung dịch, %

46,41

0,46

Fe2O3

Na2O

16,91

0,48

Al2O3

6,6

99,06

SiO2

H2O

5,48

TiO2

3,06

Na2O

CaO

4,48

Khác

17,06

Nguồn: Nghiên cứu khả năng chế tạo vật liệu xây dựng TF bùn đỏ phát sinh trong

công nghệ sản xuất alumin ở tây nguyên[11]

Bảng 1.9. Thành phần bùn đỏ và dung dịch bám theo bùn đỏ của

dự án Nhân Cơ

Thành phần bùn đỏ, %

Thành phần dung dịch, g/l

Fe2O3 46,32

Na2O tổng <3,5

Al2O3 17,56

Na2O costic <3,0

6,7

SiO2

Al2O3 <3,0

7,2

TiO2

3,43

Na2O

CaO

5,29

Khác

13,5

Nguồn: Nghiên cứu khả năng chế tạo vật liệu xây dựng TF bùn đỏ phát sinh trong công

nghệ sản xuất alumin ở tây nguyên[11]

b. Hồ chứa bùn đỏ và nguy cơ tiềm ẩn

 Nguy cơ nước chảy tràn từ hồ chứa bùn đỏ: Lưu giữ bùn đỏ chỉ bảo

đảm khi hệ thống rửa và lọc nước cũng như cân bằng nước nói chung được

Luận văn thạc sĩ – K19 KHMT

quản lý và kiểm soát chặt chẽ. Các vùng có mỏ bauxite lớn ở Tây Nguyên như

Lâm Đồng và Đắk Nông là những vùng mưa lớn của Việt Nam với lượng mưa

trung bình năm thường hơn 2.400mm, cá biệt có những nơi hơn 3.000mm. Như

vậy, trong điều kiện Tây Nguyên cân bằng nước bị ảnh hưởng rất lớn bởi điều

kiện thời tiết, đặc biệt là khi có mưa lũ lớn bất thường. Trong tình huống đó,

việc vận hành thoát nước không kịp thời sẽ có nguy cơ dẫn đến nước chảy tràn

ra khỏi hồ chứa và phát tán ra môi trường. Các hồ chứa bùn đỏ ở dự án Tân Rai

và Nhân Cơ tuy đã được chọn ở những thung lũng có diện tích hứng nước nhỏ,

nhưng khi có mưa lũ lớn thì lượng nước trên bề mặt cũng có khả năng đủ lớn,

hoặc lũ từ các thung lũng khác tràn sang sẽ có nguy cơ cao về chảy tràn bờ nếu

không quản lý và vận hành phù hợp. Trên thế giới, vấn đề nước chảy tràn bờ

chứa bùn đỏ đã xảy ra ngay cả với các tập đoàn khai khoáng lớn và diễn ra tại

các nước phát triển có kinh nghiệm về khai thác và chế biến bauxite và bảo vệ

môi trường. Ví dụ như vụ chảy tràn bờ hồ chứa kéo dài hơn 4 giờ với khoảng

1,8 tỉ lít bùn đỏ xảy ra vào tháng 4/2007 và tháng 4/2008 từ hồ chứa ở

Saguenay – Canada của các nhà máy Alumina thuộc tập đoàn Rio Tinto Alcan

đã làm cho dòng sông Saguenay nhuộm màu đỏ dài hàng chục kilomet. Các

điều tra viên sau đó cho thấy nguyên nhân xảy ra sự cố để bùn đỏ chảy tràn hồ

chứa là do phương thức vận hành không phù hợp, thiếu thông tin và không

được kiểm soát chặt chẽ [65, 66].

 Nguy cơ vỡ đập gây ra sự cố môi trường nghiêm trọng: Xây dựng đập

ngăn hồ chứa dù kiên cố đến đâu cũng tiềm ẩn nguy cơ vỡ đập khi xảy ra thiên

tai như mưa lũ lớn, hoặc có động đất. Trong những trường hợp đó, kiềm và các

chất độc hại sẽ tràn ra ngoài ảnh hưởng đến môi trường xung quanh. Mặc dù

chưa có ghi nhận về khả năng xảy ra nguy cơ về động đất, nhưng Tây Nguyên

lại là vùng có mưa lũ lớn và từng xảy ra nhiều trận lũ quét. Trận lũ quét năm

1990 ở Đăk Lắk đã gây ra hiện tượng domino: bốn hồ chứa nước nhỏ ở phía

thượng lưu bị vỡ, kéo theo làm vỡ bốn đập thủy lợi ở phía hạ lưu. Hay trận lũ

gần đây nhất ở vào ngày 11/5/2008 ở Tuy Đức, vùng có mỏ bauxite của tỉnh

Luận văn thạc sĩ – K19 KHMT

Đăk Nông. Như vậy, khả năng vỡ đập hồ chứa bùn đỏ của các dự án alumina ở

Tây Nguyên hoàn toàn có thể trở thành hiện thực. Nếu sự cố xảy ra sẽ là một

thảm họa về môi trường không chỉ đối với Tây Nguyên, mà lan tỏa các chất độc

hại xuống vùng hạ lưu thuộc các tỉnh duyên hải miền Trung, Đông Nam Bộ và

các tỉnh Đông Bắc Campuchia.

 Nguy cơ thẩm thấu chất độc hại xuống mạch nước ngầm: Theo thiết

kế xây dựng hồ chứa bùn đỏ hiện nay, lòng hồ sau khi được nạo vét, kết cấu

xây dựng gồm có lớp vật liệu chống thấm giữa hai lớp đất sét. Về nguyên tắc

kết cấu nền như vậy có thể đảm bảo ngăn chặn các chất độc hại từ bùn đỏ thẩm

thấu xuống mạch nước ngầm. Tuy nhiên, trong quá trình xây dựng nếu không

đảm bảo chất lượng hay có sự cố làm nứt nẻ đáy nền, các chất độc hại có thể

thẩm thấu xuống mạch nước ngầm gây ô nhiễm nguồn nước. Mặt khác, một số

nghiên cứu trên thế giới gần đây cho thấy, qua nhiều thập kỷ kiềm pha lỏng của

bùn đỏ đã phản ứng với đất sét, sodium – aluminium – hydrosilicat và zeoolit

trong một cơ chế phản ứng phức hợp. Phản ứng này tương tự như phản ứng của

khoáng sét trong dung dịch Bayer nhưng chậm hơn rất nhiều. Sự thay đổi này

làm tăng tức thì tính thấm nước của lớp đất sét và dẫn đến nguy cơ gây ô nhiễm

hệ thống nước ngầm sau nhiều thập kỷ. Như vậy, hồ chứa bùn đỏ chỉ đảm bảo

chống thấm trong thời gian đầu, sau vài thập kỷ vẫn có nguy cơ thẩm thấu

xuống nước ngầm, mặc dù đã được thiết kế chống thấm kỹ càng. Nguy cơ này

đã xảy ra tại các hồ chứa bùn đỏ ở Jamaica. Bộ trưởng ngành mỏ và tài nguyên

nước này cho biết, ở các nguồn nước ngầm và giếng nước gần các hồ chứa bùn

đỏ sau 20 năm xuất hiện nồng độ sút khá cao làm ô nhiễm nước gây nguy hiểm

cho đời sống nhân dân trong vùng [65, 66].

 Nguy cơ phát tán vào môi trường: Chất thải bùn đỏ sau khi thải vào

hồ cần thời gian để làm khô. Khi lớp bùn đỏ trên bề mặt bị khô, do đặc tính rất

mịn nên dễ vỡ thành bụi phát tán mang theo hóa chất độc hại (Na2O) vào môi

trường khi có gió. Theo quy trình của dự án Nhân Cơ và Tân Rai, bùn đỏ sau

khi khô được san ủi thành từng lớp và phủ một lớp đất màu để trồng cây phục

Luận văn thạc sĩ – K19 KHMT

hồi môi trường. Trong thực tế, muốn đưa máy vào san ủi được cần phải chờ cho

lớp phủ phía dưới cũng phải khô mới chịu được tải trọng. Như vậy, trong

trường hợp lớp bùn đặc trên bề mặt bãi thải đã khô, nhưng các lớp dưới vẫn ướt

(chưa thể đưa máy vào san ủi) nguy cơ phát tán bụi do gió vẫn xảy ra. Tây

Nguyên có chế độ mưa theo hai mùa là mùa khô và mùa mưa, trong đó mùa

khô hầu như không mưa và có gió khá mạnh khoảng 2,4 -5,4m/s. Tốc độ này

cộng với khô hạn gay gắt kéo dài trong mùa khô sẽ tạo điều kiện làm vỡ bề mặt

mịn của bùn đỏ khi bị khô và phát tán bụi làm ô nhiễm môi trường xung quanh.

1.3. Một số phương án xử lý bùn đỏ trên thế giới và ở Việt Nam

1.3.1. Các phương án xử lý bùn đỏ trên thế giới

Do có tính trơ, khá bền vững trong điều kiện phong hóa, có tính độc hại cao

và thải ra với khối lượng lớn, nên trong quá trình sản xuất Alumina, việc xử lý chất

thải bùn đỏ là vấn đề môi trường hết sức quan trọng. Do vậy, các dự án Alumina

phải có chi phí đầu tư cao cho việc chiếm dụng đất, chôn lấp, quản lý, bảo vệ và vận

hành hồ chứa bùn đỏ, ngăn chặn chất độc hại ra môi trường.

Mặc dù các nhà sản xuất cố gắng tối đa để thu hồi lượng xút thừa nhằm giảm

chi phí tài chính và giảm thiểu tác động xấu đến môi trường, nhưng trên thực tế, dù

áp dụng công nghệ nào cũng tồn tại một lượng xút dư thừa trong bùn đỏ, gây độc

hại cho con người và môi trường sinh thái nếu bị phát tán ra bên ngoài. Trên thế

giới đã có nhiều công trình nghiên cứu thành công việc xử lý và sử dụng bùn đỏ, tuy

nhiên hiệu quả kinh tế còn thấp nên đa số bùn đỏ được thải ra các bãi chứa.

Việc nghiên cứu xử lý bùn đỏ thu hồi các nguyên tố kim loại có giá trị, cũng

như sử dụng bùn đỏ vào mục đích khác đã được các nhà khoa học thế giới nghiên

cứu và đề cập theo 3 hướng chính: thu hồi kim loại có giá trị, sản xuất vật liệu xử lý

môi trường, sản xuất vật liệu xây dựng [37]. Trong thực tế, hàm lượng các nguyên

tố kim loại có giá trị trong bùn đỏ cao, nhưng các quy trình thu hồi kim loại từ bùn

đỏ mới có kết quả khoa học trong phòng thí nghiệm.

Luận văn thạc sĩ – K19 KHMT

Chất nhuộm và sơn

Sản xuất vật liệu xây dựng: Gạch, xi măng và bê tông Thu hồi kim loại : Fe, Al, Ti, Ga, V, Sc…

Bùn đỏ

Chất xúc tác Chất hấp phụ

Đồ gốm Cải tạo đất

Hình 1.4. Một số phương án sử dụng bùn đỏ [36]

Theo các tư liệu đã công bố trên các tạp chí khoa học thế giới, bùn đỏ có thể

tận dụng làm phụ gia xi măng. Các số liệu cho thấy, việc bổ sung bùn đỏ vào phụ

gia xi măng với khối lượng bằng 1% nguyên liệu thô không làm thay đổi quy trình

sản xuất và chất lượng xi măng, nhưng có thể làm giảm giá thành xi măng xuất

xưởng. Tuy nhiên, việc sử dụng khối lượng bùn đỏ hàng triệu tấn sinh ra trong quá

trình sản xuất alumin ở Tây Nguyên làm phụ gia cho hoạt động sản xuất xi măng là

không khả thi.

1.3.1.1. Sử dụng bùn đỏ trong sản xuất vật liệu xây dựng

Thành công lớn nhất trong việc tận dụng bùn đỏ là sản xuất các loại gạch có

sử dụng thêm các phụ gia các loại khác nhau: kaolinite, cát, quặng photphat, tro

bay, quặng Bo thải… và nung ở nhiệt độ cao. Các pha kết tinh mới NaAlSiO4,

NaSiO3, Ca2Al2SiO7 có độ bền cao, giữ được độ cứng của viên gạch và giữ các ion Na+ linh động trong pha rắn, cứng. Wanchao Liu, Jiak uan Yang, trong bài báo [55]

năm 2009 đã trình bày kết quả trong phòng thí nghiệm về thu hồi Fe chứa trong bùn

đỏ bằng phương pháp khử các oxit sắt, cũng như phương pháp sản xuất gạch bùn đỏ

bằng cách bổ sung phụ gia Ca(OH)2 với nồng độ 9, 13, 17 và 21%. Tác giả Taner

Kavas sử dụng chất thải từ nhà máy tuyển quặng Bo của Thổ Nhĩ Kỳ để tạo ra loại

gạch có chất lượng, giảm nhiệt độ nung gạch bùn đỏ và làm tăng độ cứng của gạch.

Luận văn thạc sĩ – K19 KHMT

Các kết quả trên cho thấy: bùn đỏ có thể sử dụng để sản xuất gạch, tuy nhiên để tạo

ra loại gạch có chất lượng và giảm nhiệt độ nung gạch cần tìm kiếm được loại phụ

gia cần thiết có giá thành rẻ tại địa phương, đó có thể là đất sét, đá vôi. Các phối

liệu gạch bùn đỏ đã thành công trong sản xuất thường được đăng ký bản quyền ở

quốc gia đó, nơi có các nhà máy sản xuất. Phương pháp này ngoài việc loại bỏ được

ảnh hưởng độc hại của bùn đỏ đối với môi trường, còn có thể tạo ra sản phẩm dân

dụng có giá trị đối với địa phương.

1.3.1.2. Sử dụng bùn đỏ trong sản xuất gốm thủy tinh

Bùn đỏ còn được sử dụng trong sản xuất gốm thuỷ tinh trong phối liệu sản

xuất gốm thuỷ tinh tại công ty Nhôm Shangdong, Trung Quốc có 52% bùn đỏ, 33 % tro bay, 9 % cát thạch anh, 1% TiO2 và 5% Sođa ở nhiệt độ nung 850 – 1100oC tạo

ra loại sứ thuỷ tinh có cấu trúc đẹp. Tương tự, sử dụng 50% bùn đỏ cùng với 50%

sét có thành phần hoá học (Al2O3 10,8%, SiO2 37,5%, K2O 2%, Na2O 0,8%, CaO

22,1%, Fe2O3 4,1%, MKN 18,7%, thành phần khác 3,2%) tạo ra sản phẩn sứ thuỷ tinh ở nhiệt độ 1000oC. Như vậy, có thể sử dụng các phụ gia tro bay, sét và kaolinite

để tạo ra sản phẩm sứ thuỷ tinh quy mô công nghiệp [13].

1.3.1.3. Sử dụng bùn trong xử lý nước

Ô nhiễm nước hiện nay là vấn đề lớn của toàn cầu, kể cả nước mặt và nước

thải sinh hoạt hay công nghiệp. Hầu hết các nguồn nước ô nhiễm này đều gây hại

cho con người, động vật và cây trồng; chúng có chứa các anion, các hợp chất hữu

cơ và cation kim loại nặng. Tất cả các hợp chất này nhất thiết phải được loại bỏ

trước khi nước thải được tái sử dụng hoặc thải ra sông suối. Trước nhiều kĩ thuật xử

lý nước thải, hấp phụ được xem là phương thức hiệu quả và được ứng dụng rộng rãi

và than hoạt tính được biết đến là giải pháp hữu hiệu trong loại bỏ chất ô nhiễm.

Nhưng giá thành chất hấp phụ và quá trình tái sinh chúng lại rất đắt, đã hạn chế quá

trình sử dụng và không được ứng dụng rộng rãi. Trong nhiều thập kỉ gần đây, các

chất hấp phụ giá rẻ được tạo ra bằng chất thải công nghiệp, nông nghiệp đã được

quan tâm và nghiên cứu. Bùn đỏ cũng được xem như chất hấp phụ giá rẻ và nhiều

Luận văn thạc sĩ – K19 KHMT

nghiên cứu cho thấy bùn đỏ có khả năng hấp phụ cao do nó có đặc tính xốp và bám

dính cao.

Trong thời gian gần đây, nhiều nhà khoa học đã bắt đầu quan tâm và nghiên

cứu các ứng dụng của bùn đỏ trong môi trường, ví dụ như xử lý nước thải. Bùn đỏ

có khả năng loại bỏ được kim loại nặng, các anion vô cơ, ion kim loại hoặc các chất

hữu cơ có màu, các hợp chất phenol và vi sinh vật. Ưu điểm lớn nhất của bùn đỏ là

nó có khả năng bám dính và đông tụ. Ying Zhao, Jun Wang, Zhaok un Luan (2009)

[58, 59] và nhiều công trình nghiên cứu khác đã cho thấy sự thành công trong sử

dụng bùn đỏ làm vật liệu hấp phụ khi xử lý photpho và nito trong nước và một số

nghiên cứu sử dụng bùn đỏ để xử lý asen, crom trong nước thải [53, 54].

Bùn đỏ vừa được thải bỏ ra phải được hoạt hóa để có thể loại bỏ được chất ô

nhiễm và giảm thiểu được tác động có hại của chúng. Phương pháp hoạt hóa chính

đó là: axit hóa, hoạt hóa bằng nhiệt, hoặc kết hợp nhiều hình thức. Dựa vào nguồn

gốc của bùn đỏ và nguồn gây ô nhiễm, sẽ có các hình thức hoạt hóa thích hợp. Bùn

đỏ sau khi được hoạt hóa sẽ có các đặc tính hóa lý khác hẳn ban đầu [45, 40].

Axit hóa: Các axit này là H2SO4 đặc, HCl hoặc HNO3 loãng. Kết quả chụp

SEM cũng cho thấy sự ăn mòn bề mặt và tạo ra các lỗ hổng bên trong bởi axit, các

lỗ hổng và bề mặt mới được hình thành là do sự hòa tan canxi và các muối tan trong axit, làm cho diện tích bề mặt tăng từ 14,09m2/g đến 19,35m2/g, làm tăng dung tích

hấp phụ của bùn đỏ [36].

Xử lý nhiệt: xử lý nhiệt cho bùn đỏ với nhiều nhiệt độ khác nhau (từ 200oC đến 1000oC). Xử lý nhiệt ở 700oC sẽ làm giảm diện tích về mặt của bùn đỏ nhưng

dung tích hấp phụ photphat lại tăng lên. Kết quả phân tích XRD cho thấy, xử lý

nhiệt đã làm xuất hiện sự chuyển pha và thay đổi thành phần khoáng vật của bùn đỏ

[52].

Như vậy, nếu như bùn đỏ chưa qua xử lý là một nguồn gây ô nhiễm đe dọa

môi trường và sức khỏe con người, thì người ta lại tìm ra cách quản lý và xử lý nó

Luận văn thạc sĩ – K19 KHMT

để nó trở thành sản phẩm hữu hiệu, mang lại lợi ích cho môi trường và nguồn lợi về

kinh tế. Bùn đỏ có thể được sử dụng làm vật liệu xây dựng (gạch, xi măng, đồ

gốm), phủ xanh, cải tạo đất, sử dụng bùn đỏ theo các phương thức thân thiện với

môi trường sinh thái [56].

1.3.2. Các phương án xử lý bùn đỏ tại Việt Nam

Hiện nay với tiềm lực kinh tế và trình độ công nghệ kỹ thuật, cũng như kinh

nghiệm xử lý bùn đỏ hiện nay của một số tập đoàn khai khoáng trên thế giới, việc

thống kê và kiểm soát nguy cơ phát tán các chất thải độc hại từ bùn thải đuôi quặng,

bùn đỏ và bùn oxalate vào môi trường có thể thực hiện được. Mặc dù ngành công

nghiệp nhôm bao gồm khai thác, tuyển rửa quặng bauxite, sản xuất alumina và điện

phân trên thế giới đã tồn tại hơn một thế kỷ, nhưng đối với Việt Nam vẫn là vấn đề

hoàn toàn mới và chưa có kinh nghiệm nên sẽ gặp rất nhiều khóa khăn thách thức

trong việc xử lý bùn đỏ.

Mặt khác, theo dự kiến các nhà máy Alumina và các hồ chứa bùn đỏ sẽ được

xây dựng trên Tây Nguyên với đặc thù về điều kiện đất đai, địa hình, khí hậu, thời

tiết, đặc biệt đây là vùng thượng nguồn của nhiều hệ thống sông quan trọng, do vậy

việc xử lý và giảm thiểu các tác động bất lợi của chất thải bùn đỏ, bùn oxalate

không phải là vấn đề đơn giản và đứng trước nhiều nguy cơ ảnh hưởng diện rộng

không những đối với Tây Nguyên mà cả vùng Trung Bộ, Đông Nam Bộ, và các tỉnh

Đông Bắc Camphuchia khi có sự cố môi trường xảy ra.

Trên thực tế do các nhà máy Alumin của Việt Nam hiện chưa hoạt động, các

hoạt động xử lý và sử dụng bùn đỏ ở Việt Nam chủ yếu là nghiên cứu trong phòng

thí nghiệm và thử nghiệm pilot quy mô nhỏ. Nguyên liệu cho tất cả các thử nghiệm

nói trên là bùn đỏ của xưởng sản xuất Alimin của Nhà máy Hóa chất Tân Bình,

thành phố Hồ Chí Minh. Về bản chất, nhà máy hóa chất Tân Bình lấy quặng bauxit

từ phân xưởng khai thác và tuyển quặng tại Bảo Lộc, sau khi chuyển về thành phố

Hồ Chí Minh tiến hành sản xuất Alumin theo công nghệ Bayer. Các quy trình sản

xuất này hoàn toàn tương đồng với các quy trình sản xuất của Nhà máy Alumin Tân

Luận văn thạc sĩ – K19 KHMT

Rai.

Một số hướng nghiên cứu sử dụng bùn đỏ đã được các nhà khoa học và công

nghệ Việt Nam tiến hành khẩn trương trong hai năm rưỡi gần đây 2010-2012, cụ

thể như sau:

- Thử nghiệm sử dụng bùn đỏ làm chất xử lý môi trường: dùng

viên lọc “bùn đỏ” để lọc H2S chứa trong khí biogas tại xã Thái Mỹ, huyện

Củ Chi, Thành phố Hồ Chí Minh do các nhà khoa học thuộc Viện Công nghệ

- và PO4

sinh học Việt Nam, Đại học Bách khoa thành phố Hồ Chí Minh..; cũng như 3- các ứng dụng bùn đỏ để hấp phụ kim loại nặng, chất ô nhiễm NO3

trong nước thải. Phương hướng này có thể có hiệu quả. Tuy nhiên, với khối

lượng hàng triệu tấn của riêng nhà máy alumin Tân Rai hoặc Nhân Cơ, thì

lượng bùn đỏ có thể tận dụng cho mục đích này không giải quyết được vấn

đề kiểm soát bùn đỏ.[9]

- Nhóm nghiên cứu của PGS.TS. Nguyễn Văn Chánh và cộng sự

thuộc đại học Bách Khoa thành phố Hồ Chí Minh đã công bố báo cáo:

“Nghiên cứu vật liệu tổng hợp từ bauxite, tro bay và bùn đỏ để đầu tư xây

dựng đường vùng cao nguyên tỉnh Lâm Đồng”. Theo báo cáo: bùn đỏ được

phối liệu với đất bazan, vôi và tro bay thành phối liệu, sau đó được đổ và

đầm nén để làm thành đường giao thông cho tỉnh Lâm Đồng [9].

- Tiến sĩ Nguyễn Trung Minh và đồng nghiệp thuộc Viện Khoa

học và Công nghệ Việt Nam đã nghiên cứu thành công việc tận dụng thành

phần có ích của bùn đỏ, để tạo ra một loại vật liệu mới có khả năng xử lý ô

nhiễm kim loại nặng trong nước thải, thân thiện với môi trường, có khả năng

hấp phụ cao. Theo nghiên cứu bùn đỏ được trộn với các loại phụ gia như dầu

cốc, cao lanh, thủy tinh lỏng (Na2SiO3) theo tỷ lệ nhất định, thêm lượng nước

phù hợp và trộn nhuyễn. Hạt vật liệu sau đó được nung ở các nhiệt độ cao

[32].

- Sử dụng bùn đỏ để sản xuất gạch không nung: Khoa Công

Luận văn thạc sĩ – K19 KHMT

nghệ vật liệu, Trường Đại học Bách khoa thành phố Hồ Chí Minh công bố

năm 2009 về việc sử dụng bùn đỏ để sản xuất gạch không nung. Các tác giả

đã sử dụng bùn đỏ cùng với chất kết dính là CaO, xi măng Pooclăng và các

vật liệu nền là cát và đá dăm mịn để ép thành các viên gạch. Sau khi ủ mẫu

gạch sau 28 ngày đêm, xuất hiện của 2 khoáng vật xi măng mới là Xonotlite

6CaO.6SiO2.H2O(C6S6H) và Riversideit 6CaO.5SiO2.H2O(C6S5H) tạo nên sự

rắn chắc của viên gạch.

Như vậy, việc xử lý bùn đỏ đã được nhiều cơ quan và các nhà khoa học Việt

Nam quan tâm. Nhưng vì lượng thải quá lớn, hiệu quả kinh tế, chi phí đầu tư lớn

nên vẫn chưa được áp dụng rộng rãi. Do đó để các nghiên cứu có thể ứng dụng vào

thực tiễn thì nó phải đảm bảo yêu cầu về các mặt công nghệ, môi trường và kinh tế.

Việc triển khai nghiên cứu công nghệ và phương pháp sử dụng bùn đỏ để sản xuất

gạch gốm nung vẫn là hướng nghiên cứu có ý nghĩa, khả năng áp dụng vào thực tế

hiện nay ở nước ta và trên thế giới để giải quyết triệt để chất thải bùn đỏ.

1.4. Phương hướng sản xuất vật liệu xây dựng từ bùn đỏ và khoáng chất địa phương.

Cơ chế của việc sản xuất vật liệu xây dựng từ bùn đỏ kết hợp với khoáng

chất địa phương phải dựa trên cơ chế của quá trình ổn định hóa rắn.

1.4.1. Khái niệm công nghệ ổn định hóa rắn

Ổn định hóa rắn là quá trình làm tăng các tính chất vật lý của chất thải, giảm

khả năng phát tán vào môi trường hay làm giảm tính độc hại của chất ô nhiễm.

Làm ổn định là một quá trình mà chất thêm vào được trộn với chất thải để

giảm tới mức tối thiểu khả năng phát tán của chất nguy hại ra khỏi khối chất thải và

giảm tính độc hại của chất thải, như vậy quá trình làm ổn định có thể được mô tả

như một quá trình nhằm làm cho các chất gây ô nhiễm bị gắn từng phần hoặc hoàn

toàn bởi các chất kết dính hay các chất biến đổi khác. Cũng tương tự như vậy, quá

trình đóng rắn là một quá trình sử dụng các chất phụ gia làm thay đổi bản chất vật lý

của chất thải (thay đổi tính kéo, nén hay độ thấm).

Luận văn thạc sĩ – K19 KHMT

Phương pháp ổn định hóa rắn thường được sử dụng trong các trường hợp

 Xử lý chất thải nguy hại;

 Xử lý chất thải từ quá trình khác (ví dụ tro của quá trình nhiệt);

 Xử lý đất bị ô nhiễm khi hàm lượng chất ô nhiễm trong đất cao.

Như vậy mục tiêu của quá trình làm ổn định và hóa rắn là làm giảm tính độc

hại và tính linh động của chất thải cũng như làm tăng các tính chất của vật liệu đã

được xử lý.

1.4.2. Cơ chế của quá trình ổn định hóa rắn

Có rất nhiều cơ chế khác nhau xảy ra trong quá trình ổn định chất thải, tuy

nhiên quá trình ổn định chất thải đạt kết quả tốt khi thực hiện được một trong các cơ

chế sau:

- Bao viên ở mức kích thước lớn

- Bao viên ở mức kích thước nhỏ

- Hấp thụ

- Hấp phụ

- Kết tủa

- Khử độc.

Bao viên ở mức kích thước lớn: là cơ chế trong đó các thành phần nguy hại bị

bao bọc vật lý trong một khuôn có kích thước nhất định và thành phần nguy hại

nằm trong vật liệu đóng rắn ở dạng không liên tục. Hỗn hợp rắn này về sau có thể bị

vỡ ra thành các mảnh khá lớn và các chất nguy hại không thể phân tán ra ngoài. Cả

khối chất đã được đóng rắn có thể bị vỡ theo thời gian do các áp lực môi trường tác

dụng lên. Các áp lực này bao gồm các chu kỳ khô và ẩm, nóng và lạnh, do các chất

lỏng thấm qua và các áp lực vật lý khác. Như vậy, các thành phần đã bị đóng rắn

theo cơ chế bao viên ở mức có kích thước lớn có thể bị phân tán ra ngoài nếu như

tính toàn thể của nó bị phá vỡ. Mức độ bao viên ở mức kích thước lớn này được

tăng lên theo loại và năng lượng tiêu tốn để trộn đóng viên nó.

Luận văn thạc sĩ – K19 KHMT

Bao viên cỡ mức kích thước nhỏ: các thành phần nguy hại được bao ở cấu

trúc tinh thể của khuôn đóng rắn ở qui mô rất nhỏ. Kết quả là, nếu như chất đã được

đóng rắn bị vỡ ở dạng các hạt tương đối nhỏ thì đa số các chất nguy hại đó vẫn giữ

nguyên ở thể bị bao bọc. Như vậy, tuy các chất nguy hại được bao viên ở mức kích

thước nhỏ, nhưng chất thải nguy hại không biến đổi tính chất vật lý nên tốc độ phân

tán của nó ra môi trường vẫn phụ thuộc vào kích thước bị vỡ ra theo thời gian của

viên bao và tốc độ phân tán tăng khi kích thước hạt giảm. Cũng như bao viên ở mức

kích thước lớn, ở mức kích thước nhỏ, các chất nguy hại được bao vật lý bằng các

chất kết dính khác nhau như xi măng, xỉ than, vôi và độ bền của nó tăng khi tăng chi

phí năng lượng cho việc trộn và đóng viên nó.

Hấp thụ: là quá trình đưa chất thải nguy hại ở dạng lỏng vào bên trong chất

hấp thụ. Các chất hấp thụ hay được sử dụng là: đất, xỉ than, bụi lò nung xi măng,

bụi lò nung vôi, các khoáng (bentonite, cao lanh, vermiculite và zeolite), mùn cưa,

cỏ khô và rơm khô.

Hấp phụ: là quá trình giữ chất nguy hại trên bề mặt của chất hấp phụ để

chúng không phát tán vào môi trường. Không giống như quá trình phủ đóng viên ở

trên, khi thực hiện cơ chế này, khối chất rắn khi bị vỡ ra chất nguy hại có thể thoát

ra ngoài. Để đóng rắn các chất thải hữu cơ đất, sét biến tính thường được sử dụng.

Đất sét loại này là đất sét được biến đổi bằng cách thay các cation vô cơ được hấp

phụ trên bề mặt đất sét bằng cation hữu cơ mạch dài để tạo đất sét organophilic. Các

phân tử nguy hại sẽ bị hấp phụ vào thạch cao và chúng không thể thoát ra môi

trường.

Kết tủa: quá trình hóa rắn nói chung sẽ làm kết tủa các thành phần nguy hại

trong chất thải thành dạng ổn định hơn rất nhiều. Các chất kết tủa là các thành phần

của chất dùng để hóa rắn như hydroxite, sulfua, silicate, carbonate và phosphate.

Quá trình này được sử dụng để đóng rắn các chất thải nguy hại vô cơ như bùn

hydroxite kim loại. Ví dụ, carbonate kim loại thường ít tan hơn hydroxite kim loại.

Với pH cao, phản ứng hóa học sẽ xảy ra và tạo thành carbonate kim loại từ

Luận văn thạc sĩ – K19 KHMT

hydroxite kim loại theo phản ứng như sau:

Me(OH)2 + H2CO3 → MeCO3 + H2O

Tính vĩnh cửu của carbonate kim loại phụ thuộc vào một số yếu tố trong đó

có pH. Ở môi trường pH thấp, kim loại vẫn có thể bị hòa tan lại và nó có thể thoát

tự do ra ngoài môi trường.

Khử độc: là các chuyển hóa hóa học xảy ra trong quá trình ổn định hóa rắn,

quá trình này sẽ giúp chuyển chất độc hại thành chất không độc hại. Quá trình khử

độc xảy ra là do kết quả của các phản ứng hóa học với các thành phần của chất kết

dính, trường hợp điển hình về khử độc là chuyển crom từ hoá trị VI thành crom hóa

trị III khi hóa rắn chất thải nguy hại chứa crom bằng xi măng hay chất kết dính có

nguồn gốc từ xi măng.

Một số ví dụ:

Xi măng portland: Quá trình đóng rắn chất thải nguy hại được thực hiên

bằng cách trộn chất thải nguy hại vào xi măng, sau đó cho một lượng nước vừa đủ

vào để thực hiện quá trình hydrat hóa. Quá trình hydrat tạo thành một cấu trúc tinh

thể, phản ứng xảy ra như sau:

3CaO.Al2O3 + 6H2O → 3CaO.Al2O3.6H2O + Q (nhiệt lượng),

Kết quả là tạo một khối giống như quặng cứng bao bọc chất thải nguy hại.

Do độ pH của xi măng cao tạo điều kiện thuận lợi cho việc cố định kim loại nặng ở

dạng hyđroxit hoặc muối cacbonat nên quá trình đóng rắn bằng xi măng thích hợp

với chất thải vô cơ, đặc biệt là chất thải chứa kim loại như bùn thải từ công nghiệp

mạ.

Pozzolan: Các vật liệu pozzolan bao gồm xỉ than, xỉ và bụi lò xi măng,

pozzolan có thể phản ứng với vôi có trong nước để tạo thành một chất giống như xi

măng. Nếu sử dụng xỉ than để đóng rắn thì lượng cacbon chưa cháy hết trong xỉ

Luận văn thạc sĩ – K19 KHMT

than có khả năng hấp phụ các chất hữu cơ, do đó ngoài khả năng đóng rắn các chất

thải vô cơ pozzolan còn có khả năng đóng rắn các chất thải hữu cơ.

Vật liệu nhiệt dẻo: bao gồm nhựa đường, paraphin, polyethylen,

polypropylen hoặc lưu huỳnh. Vật liệu nhiệt dẻo được nấu chảy ở nhiệt độ cao sau

đó trộn cùng với chất thải nguy hại, khi làm lạnh các chất thải nguy hại sẽ bị phủ

một lớp nhiệt dẻo. Phương pháp này có thể áp dụng cho chất thải phóng xạ. Chất

thải sau khi đóng rắn vẫn được coi là chất thải nguy hại và phải được mang đi chôn

lấp.

1.4.3. Ổn định hóa rắn bằng nhiệt

Để phương pháp ổn định hóa rắn đạt hiệu quả cao, ta có thể kết hợp xử lý

bằng nhiệt chất thải nguy hại sau khi ổn định hóa rắn. Mục đích của tác nhân nhiệt

là làm tăng khả năng kết khối, độ bền, độ cứng của vật liệu.

Dưới tác dụng của nhiệt độ cao vật liệu sẽ kết khối và có thể xảy ra phản ứng

làm thay đổi một phần hay thay đổi hoàn toàn thành phần pha tạo nên vật liệu mới.

Những pha tinh thể mới có vai trò quyết định làm cho sản phẩm có độ cứng, độ bền

hóa, bền nhiệt.

Ở Việt Nam công nghệ ổn định hóa rắn đã được nghiên cứu để xử lý bùn thải

chứa nhiều kim loại nặng (từ hệ thống mạ Cr, Ni…) và bùn thải cống rãnh. Công

nghệ ổn định hóa rắn có tính khả thi nhưng hiệu quả kinh tế chưa cao do nhu cầu

năng lượng lớn. Mặc dù giá sản xuất cao hơn giá thị trường nhưng đây vẫn là công

nghệ phù hợp với các thành phố lớn để loại bỏ bùn thải. Áp dụng công nghệ ổn định

hóa rắn bùn đỏ sẽ giúp giảm đáng kể khối lượng bùn đỏ đồng thời cung cấp vật liệu

cho ngành xây dựng.

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

2.1. Đối tượng nghiên cứu

Luận văn thạc sĩ – K19 KHMT

 Bùn đỏ được lấy từ nhà máy hóa chất Tân Bình, thành phố Hồ Chí Minh vào

tháng 3/2012: trong giai đoạn này, hai nhà máy Nhân Cơ và Tân Rai đang trong quá

trình thi công và hoạt động thử nghiệm, chưa đi vào hoạt động chính thức, nên

nguyên liệu cho tất cả các thử nghiệm nói trên là bùn đỏ của xưởng sản xuất alumin

của nhà máy hóa chất Tân Bình, thành phố Hồ Chí Minh. Về bản chất, nhà máy hóa

chất Tân Bình lấy quặng bauxite từ phân xưởng khai thác và tuyển quặng tại Bảo

Lộc, tiến hành sản xuất alumin theo công nghệ Bayer. Các quy trình sản xuất của

nhà máy này hoàn toàn tương đồng với các quy trình sản xuất của Nhà máy alumin

Tân Rai. Sau công đoạn ép bùn ở nhà máy, bùn đỏ được để khô tự nhiên.

 Phụ gia cát: được lấy ở sông Hồng, có hàm lượng SiO2 cao (100%).

 Đất sét: có thành phần chủ yếu là khoáng vật Thạch anh (39 – 41%), tiếp đó

là kaolinite (22% -24%) cùng một số khoáng vật khác như illite (14 – 16%),

montmorillonite ( 3 – 5%), clorit (6 -8%). Cao lanh được lấy ở khu vực Trúc

Thôn, Chí Linh, Hải Dương, có thành phần hóa học: Al2O3(23%), SiO2(60%) [1].

 Than đá: Có thành phần chủ yếu là Cacbon, ngoài ra còn có các nguyên tố

khác như lưu huỳnh

 Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu được thực hiện trên quy mô phòng thí

nghiệm đối với các phép phân tích tính an toàn của vật liệu và quy mô thực

tế tại nhà máy gạch viglacera Hữu Hưng để xác định đặc tính vật lý của vật

liệu.

2.2. Nội dung nghiên cứu

- Nghiên cứu thành phần hóa học của bùn đỏ và các khoáng chất địa phương.

- Nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ phối trộn bùn đỏ với một số khoáng chất địa

phương đến quá trình ổn định hóa rắn bùn đỏ sản xuất vật liệu xây dựng.

2.3.Phương pháp nghiên cứu

2.3.1. Phương pháp lấy mẫu và bảo quản mẫu

Luận văn thạc sĩ – K19 KHMT

- Bùn đỏ được lấy mẫu, vận chuyển và bảo quản mẫu tuân theo đúng yêu cầu

của cách lấy mẫu, vận chuyển và bảo quản chất thải nguy hại: mẫu ở dạng khô được

lấy tổng hợp nhiều lần, tại nhiều vị trí của bãi thải và được chứa trong các túi đựng

bằng polyetylen, bảo quản trong điều kiện nhiệt độ phòng.

Sau khi khô, bùn đỏ có kích thước đa dạng từ dạng hạt mịn cỡ 0,1 mm đến

kích thước lớn 150 mm do bị đóng rắn, độ ẩm 2%. Trước khi tiến hành thí nghiệm,

bùn đỏ được để khô trong môi trường không khí và nghiền nhỏ, cho qua rây 1mm.

- Cát: Được lấy từ Sông Hồng, trước khi đưa vào sử dụng trong thí nghiệm,

cát được để khô, cho qua rây 1mm để loại bỏ các thành phần có kích thước

lớn.

- Cao lanh: Sau khi lấy từ xã Trúc Thôn, Chí Linh, Hải Dương về đất sét ở

dạng hạt lớn và có độ ẩm cao nên ta phải để khô không khí, sau đó chứa

trong các túi đựng và bảo quản trong nhiệt độ phòng

- Than đá: Lấy về để khô không khí, sau đó loại bỏ hết các hạt có kích thước

lớn.

2.3.2.Phương pháp tận dụng bùn đỏ làm vật liệu xây dựng

* Nguyên liệu

 Bùn đỏ: đã được sấy khô từ dây chuyền sản xuất alumin của nhà máy hóa

chất Tân Bình, thành phố Hồ Chí Minh. Sau khi lấy bùn đỏ về tiến hành

nghiền mịn, rây qua rây 1mm.

 Đất sét kaolin: được lấy từ Trúc Thôn (Hải Dương), có thành phần chủ yếu là

nhôm và silic, thành phần nhôm bổ sung vào vật liệu, góp phần cùng các

thành phần có trong bùn đỏ hình thành các khoáng mới. Ngoài ra sét còn có

độ mịn cao giúp tăng cường khả năng liên kết của vật liệu. Phụ gia đất sét

kaolinite được phơi khô, đập nhỏ và nghiền thành bột mịn và sàng lấy phần

mịn < 0,1 mm trước khi đưa vào phối liệu để đảm bảo độ đồng đều của phối

liệu khi trộn.

Luận văn thạc sĩ – K19 KHMT

 Cát xây dựng: Cát xây dựng được sử dụng là cát sông Hồng, có thành phần

hóa học chủ yếu là SiO2, có độ hạt < 1mm. Vật liệu cát khi đưa vào phối liệu

sẽ làm giảm tính kiềm và độ nhớt của bùn đỏ, do đó không cản trở đến quá

trình gia công chế tạo sản phẩm thô. Phần lớn vật liệu cát khi nung không bị

mất nước, cùng với các thành phần oxit nhôm và sắt trong bùn đỏ tạo nên độ

rắn chắc của gạch gốm nung. Nhược điểm lớn nhất của loại phụ gia này là

việc tạo nên tỷ trọng cao của sản phẩm gạch gốm nung, nhưng đây lại là loại

phụ gia có giá thành rẻ và có ở nhiều địa phương.

 Than đá được lấy tại Tỉnh Quảng Ninh, có thành phần hóa học chính của nó

là Cacbon ngoài ra còn có các nguyên tố khác như Lưu huỳnh. Dùng than đá

trong sản xuất gạch để tăng cường độ chịu lực chín thấu, màu sắc đẹp, tăng

độ xốp của vật liệu.

Qua quá trình nghiên cứu tìm hiểu về thành phần tính chất của các nguyên liệu,

kết hợp tham khảo quy trình sản xuất gạch xây dựng khác dẫn tới xây dựng quy

trình sản xuất gạch như hình 2.5.

Chuẩn bị phụ gia: đất sét, cát xây dựng, than

Phối liệu phụ gia và bùn đỏ

Định hình gạch

Phơi sấy sản phẩm

Nung sản phẩm trong lò

Hình 2.5: Quy trình sử dụng bùn đỏ sản xuất vật liệu xây dựng

Trong quá trình sử dụng bùn đỏ làm vật liệu xây dựng, có hai loại kích cỡ

gạch được sử dụng là 50 x 50 x 10 mm và 230 x 110 x 63mm. Mỗi kích cỡ phục vụ

Luận văn thạc sĩ – K19 KHMT

cho mỗi đích nghiên cứu khác nhau, cỡ gạch 50 x 50 x 10 mm dùng để phân tích

xác định thành phần, mức độ an toàn của vật liệu xây dựng (thực hiện tại phòng thí

nghiệm khoa Môi trường, trường Đại học khoa học tự nhiên); còn cỡ gạch 230 x

110 x 63 mm dùng trong xác định đặc tính vật lý của vật liệu (thực hiện tại Nhà

máy gạch Viglacera Hữu Hưng). Tuy nhiên, trong quá trình sản xuất hai loại gạch

này, đều có những thao tác và trình tự tương tự nhau.

2.3.3. Phương pháp xác định tỉ lệ phối trộn

Dựa vào thành phần hóa học của bùn đỏ, sét ,cát và than, thành phần hóa học

của gạch xây dựng, tính toán được tỉ lệ bùn đỏ, sét,cát và than cần có để phối trộn

và nhiệt độ nung thích hợp. Theo kết quả nghiên cứu của đề tài “ nghiên cứu ảnh

hưởng của nhiệt độ nung đến quá trình ổn định hóa rắn” [9] ta thấy rằng nhiệt độ để gạch đạt được đến mức ổn định hóa rắn tốt nhất là 10000C . Chính vì vậy,trong

nghiên cứu này tỷ lệ Bùn đỏ: Cao lanh: Cát: Than được tiến hành phối trộn theo các tỷ lệ khác nhau ( bảng 2.10) và được nung ở một nhiệt độ cố định là 10000C để

nghiên cứu quá trình ổn định hóa rắn khi ta thay đổi tỉ lệ phối trộn.

Sau khi tính toán một số tỉ lệ phối trộn đã được tiến hành nghiên cứu như

bảng sau:

Bảng2.10 : Tỷ lệ phối trộn nguyên liệu theo các công thức khác nhau

Tỷ lệ (%)

Bùn đỏ

Mẫu % theo khối lượng

Mẫu

% theo khối lượng

100

A:0B

CT1:3%T

CT1

CT6

65,67

67,67

2A:1B

CT2:3%T

CT2

CT7

78,60

80,00

4A:1B

CT3:3%T

CT3

CT8

78,60

80,00

4CT1:1C

CT4:3%T

CT4

CT9

81,68

84,21

4CT3:1C

CT5:3%T

CT5

CT10

Trong đó ký hiệu: A: Bùn đỏ; B: Cao lanh; C: Cát; T: Than đá; CT: công thức

2.3.4. Phương pháp phân tích trong phòng thí nghiệm

Luận văn thạc sĩ – K19 KHMT

Phương pháp phân tích trong phòng thí nghiệm nhằm mục đích kiểm tra sự thay đổi

thành phần khoáng ở các tỷ lệ phối trộn khác nhau, các đặc tính vật lý, hóa học của

vật liệu sau khi xử lý. Để xác định ảnh hưởng của các tỷ lệ phối trộn đến thành phần

khoáng và độc tính của dịch chiết, gạch được đóng với kích cỡ (50x50x10mm) và nung ở một nhiệt độ cố định là 10000C trong phòng thí nghiệm khoa Môi Trường,

Trường Đại học Khoa học Tự Nhiên.

2.3.4.1. Phương pháp xác định sự thay đổi thành phần khoáng vật của vật liệu

Vật liệu sau khi nung, hình thành các loại liên kết mới, nên có thành vật

khoáng vật thay đổi.

Muốn xác định khả năng khoáng hóa của vật chất, sử dụng phương pháp

chụp XRD bằng máy SIEMENS D5005 tại khoa Vật lý, trường Đại học Khoa học

tự nhiên..

2.3.4.2. Phương pháp ngâm chiết xác định độc tính của vật liệu

Phương pháp này nhằm xác định tính linh động của kim loại trong gạch sau

quá trình ổn định hóa rắn. Từ kết quả thu được so sánh với quy chuẩn môi trường về

chất thải nguy hại QCVN 07-2009 BTNMT để kiểm tra tính an toàn của vật liệu.

Xác định hàm lượng kim loại nặng trong dịch chiết

Ngâm mẫu gạch trong môi trường pH = 4,93 ± 0,05 ((CH3)2CHOOH, NaOH)

sau các khoảng thời gian 18, 36, 54… giờ với tỷ lệ mẫu: dung dịch = 1:19, tiến hành

kiểm tra pH dịch chiết đến khi thu được giá trị pH ổn định, dịch chiết cuối cùng

được mang đi phân tích hàm lượng kim loại nặng bằng máy AAS-6800 hãng

Shimazdu, Nhật Bản.

2.3.4.3. Phương pháp xác định khả năng hòa tách kiềm của vật liệu

Phương pháp này nhằm xác định khả năng thôi kiềm của vật liệu. Vì vật liệu là

gạch xây dựng, thường xuyên tiếp xúc với môi trường do đó ta cần kiểm tra khả

năng thôi kiềm của vật liệu trong điều kiện thời tiết mưa hoặc độ ẩm cao.

Luận văn thạc sĩ – K19 KHMT

Quy trình kiểm tra trong phòng thí nghiệm: Ngâm 5g mẫu trong 100ml nước

cất, tiến hành khuấy từ trong 5 phút, sau đó kiểm tra giá trị pH của dung dịch.

 Đánh giá mức độ an toàn về môi trường

Vì vật liệu làm từ bùn đỏ - chất thải nguy hại chứa kim loại nặng và độ pH cao

nên để đảm bảo sản phẩm sau quá trình xử lý an toàn với môi trường ta phải kiểm

tra, đánh giá các thông số về hàm lượng kim loại nặng trong dịch chiết, pH trong

dung dịch ngâm.

Quy chuẩn được sử dụng để so sánh, đánh giá là QCVN 07-2009 BTNMT (quy

chuẩn về ngưỡng chất thải nguy hại).

2.2.5. Phương pháp thí nghiệm ngoài thực tế

Để gạch có thể được sử dụng vào thực tế, cần có các đặc tính phù hợp với

các tiêu chuẩn cho gạch xây dựng, quan trọng nhất là các đặc tính: chịu uốn, chịu

nén, hút nước [38]. Các đặc tính này được xác định tại Trung tâm kiểm định vật liệu

xây dựng, Viện Vật liệu xây dựng.

Để xác định đặc tính vật lý của gạch, gạch được đóng với kích thước 230mm

x 110mm x 63mm nung theo nhiệt độ lò nung tuynel ở nhà máy gạch Viglacera Hữu Hưng dao động trong khoảng 10000C – 12000C.

2.2.6. Phương pháp phân tích, đánh giá tổng hợp

Dựa trên những số liệu đã phân tích, thu thập được để đưa ra phương thức

tiến hành, cách đánh giá, đề xuất một số giải pháp.

2.2.7. Phương pháp thu thập số liệu thứ cấp

Các số liệu thu thập từ các điều tra, đề tài, các chuyên đề về công nghệ sản

xuất alumin tại hai nhà máy Nhân Cơ và Tân Rai.

Thu thập các phương pháp, số liệu nghiên cứu, đánh giá trong các tài liệu,

giáo trình, tạp chí khoa học có liên quan đến công nghệ Bayer, phương pháp xử lý

bùn đỏ, sản xuất vật liệu xây dựng, đánh giá chất lượng sản phẩm...

Luận văn thạc sĩ – K19 KHMT

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3.1.Tính chất vật lý và hóa học của mẫu bùn đỏ

3.1.1. Thành phần cơ giới của bùn đỏ

Thành phần cơ giới có vai trò quan trọng trong việc tạo khối của sản phẩm,

đặc biệt khi tính toán lượng nước thêm vào khi phối trộn. Dưới đây là kết quả xác

định thành phần cơ giới của mẫu bùn đỏ.

Bảng 3.11: Thành phần cơ giới của mẫu bùn đỏ (%)

Cát Limon Sét

(0,05

33,814%

57,056% Limo thô Limon trung bình Limon mịn 9,13%

20,13% 10,076% 3,608%

Căn cứ vào kết quả phân tích thành phần cơ giới của bùn đỏ ta thấy thành

phần cơ giới của bùn đỏ phân loại theo hình tam giác đều (phương pháp phân loại

đất theo thành phần cơ giới của Mỹ) là đất thịt pha cát (cát chiếm 50%); limon 34%;

sét 16%. Do thuộc loại đất thịt pha cát nên độ kết dính của bùn đỏ không cao, vì thế

việc phối trộn thêm thành đất sét cũng nhằm tăng độ kết dính của hỗn hợp, giúp quá

trình tạo khuôn thuận lợi hơn.

3.1.2. Hàm lượng các oxit có trong bùn đỏ

Để tính toán được tỷ lệ phối trộn các thành phần phù hợp cần thiết phải tìm

hiểu thành phần hóa học của bùn thải. Bảng 3.11 đưa ra số liệu về các thành phần

hóa học của bùn đỏ khô của nhà máy Tân Bình.

Luận văn thạc sĩ – K19 KHMT

Bảng 3.12: Hàm lượng các oxit trong bùn đỏ ở Tây Nguyên, Việt Nam và một số nước

khác trên thế giới [13]

Fe2O3 MnO TiO2 CaO K2O

P2O5

SiO2 Al2O3 MgO Na2O

BĐ (Tây Nguyên,VN)

30,8

0,02

2,58

3,51

0,11

0,22

31,7

15,6

0,27

3,14

Đất (Tây Nguyên, VN)

4,87

0,01

0,351 0,472 0,56

0,084 63,21 14,22 0,435 1,75

Australia

29,6

0,02

2,65

3,64

0,46

0,24

30,0

17,3

0,23

3,2

Đức

44,8

0,06

12,33 5,22

0,27

0,45

5,4

16,2

0,13

4,0

Italia

15,2

0,01

6,15

4,23

1,10

0,15

18,6

24,7

0,46

11,7

Nguồn: Tạp chí khoa học ĐHQG, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ[7]

Nguyên thì hàm lượng SiO2 chiếm tỉ lệ cao nhất ( 31,7%) cao hơn hàm lượng SiO2

Căn cứ vào kết quả bảng 3.12 ta thấy rằng trong thành phần của Bùn đỏ Tây

trong bùn đỏ của Đức và Italia nhưng thấp hơn trong đất và tương đương với bùn đỏ

của Australia. Tiếp theo đó là đến Fe2O3 có hàm lượng Fe2O3 là 30,8% cao hơn

trong đất 6,3 lần, oxit sắt cũng là nguyên nhân tạo nên màu đỏ của bùn.

Mặc dù bùn đỏ là cặn thải của quá trình tuyển Alumin nhưng hàm lượng oxit

nhôm trong bùn đỏ vẫn còn 15,6 % tương đương với hàm lượng oxit nhôm trong

đất ( 14,22%) thấp hơn Al2O3 trong mẫu bùn đỏ của Đức, Australia và Italia. Hàm

lượng Na2O trong bùn đỏ là 3,14 % cao hơn trong đất (1,75%) và tương đương với

bùn đỏ của Australia nguyên nhân do dung dịch kiềm bám theo bùn đỏ sau khi xử lý

nhiệt chuyển thành NaOH khan.

Như vậy, ta thấy rằng bùn đỏ trong sản xuất Alumin ở Tây Nguyên, Việt

Nam có thành phần khá tương đồng với bùn đỏ của Australia. Theo các tư liệu đã

công bố trên các tạp chí khoa học thế giới, bùn đỏ có nguồn gốc từ Australia có thể

sử dụng để sản xuất các loại gạch có sử dụng thêm các phụ gia các loại khác nhau

như kaolin, cát, quặng photphat, tro bay, quặng Bo Thái… Ngoài ra Theo kết quả

Luận văn thạc sĩ – K19 KHMT

nghiên cứu bùn đỏ Tây Nguyên không chứa các đồng vị phóng xạ như 137Cs, 7Be,

hàm lượng Uran, Thori trong bùn đỏ nhỏ hơn giá trị hàm lượng trung bình của Uran

(2ppm) và Thori (12ppm) trong vỏ trái đất; liều hiệu dụng hàng năm do phông bức

xạ gamma gây ra nhỏ hơn liều hiệu dụng trung bình được UNSCEAR khuyến cáo.

Như vậy bùn đỏ trong sản xuất Alumin ở Tây Nguyên Việt Nam hoàn toàn có thể

sử dụng để sản xuất gạch khi kết hợp với các phụ gia khác nhau.

3.1.3. Giá trị pH và hàm lượng một số kim loại nặng trong bùn đỏ Tây Nguyên

Giá trị pH và hàm lượng của một số kim loại nặng trong bùn đỏ Tây Nguyên

được thể hiện ở bảng 3.13

Bảng 3.13: Giá trị pH và hàm lượng một số kim loại nặng trong bùn đỏ

QCVN STT Kim loại nặng Đơn vị Bùn đỏ

03:2008/BTNMT

(đất công nghiệp)

1 - 12,5 - pHH2O

2 - 11,12 - pHKCl

3 Cu mg/kg 53,50 100

4 Pb mg/kg 1,21 300

5 Zn mg/kg 599,01 300

6 Cd mg/kg 3,09 10

Nguồn: Tạp chí khoa học ĐHQG, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ[7]

Kết quả nghiên cứu ở bảng 3.13 cho thấy, đã xác định được thành phần bùn

đỏ chứa một số các kim loại nặng, với hàm lượng tương ứng với mg/kg bùn khô:

Luận văn thạc sĩ – K19 KHMT

Cu – 53,50; Cd – 3.09; Pb- 1,21 còn thấp hơn nhiều so với QCVN 03:2008/BTNMT

– Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về giới hạn tối đa hàm lượng kim loại nặng trong đất

(áp dụng với đất công nghiệp). Tuy nhiên hàm lượng Zn 599,01 mg/kg đã vượt tiêu

chuẩn QCVN 03:2008/BTNMT là 2 lần và giá trị pH của bùn đỏ là khá cao.

Với kết quả nghiên cứu trên khi sử dụng bùn đỏ làm vật liệu xây dựng ta cần

tính toán để có thể đảm bảo an toàn về hàm lượng Zn và OH‾ trong vật liệu xây

dựng để chúng không bị thôi ra ngoài môi trường.

3.2. Ảnh hưởng của tỷ lệ phối liệu đến khả năng ổn định hóa rắn

Khi xác định mức độ hóa rắn của vật liệu mới, một số tiêu chí của gạch cần

được chọn để đánh giá: thành phần khoáng, độc tính của dịch chiết, đặc tính vật lý

(độ chịu uốn, chịu nén, hút nước).

- Xác định sự ảnh hưởng của các tỷ lệ phối trộn khác nhau đến thành phần

khoáng và độc tính dịch chiết, gạch được đóng với kích cỡ (50 x 50 x 10mm) và nung ở một nhiệt độ cố định là 10000C trong phòng thí nghiệm khoa Môi

trường, trường Đại học Khoa học tự nhiên.

- Để xác định đặc tính vật lý, gạch được đóng với kích thước 230mm x

110mm x 63mm nung theo nhiệt độ lò nung tuynel ở nhà máy gạch Viglacera Hữu Hưng dao động trong khoảng 10000C - 12000C.

Hình 3.6: Phối trộn vật liệu Hình 3.7: Ủ vật liệu

Luận văn thạc sĩ – K19 KHMT

Hình 3.8: Tạo hình gạch kích thước

Hình 3.9: Cho vật liệu vào dung môi

50x50x10mm

chiết

Hình 3.11: Chiết dịch mẫu

Hình 3.10: Lắc mẫu

Luận văn thạc sĩ – K19 KHMT

Hình 3.12: Nghiền nguyên liệu tại nhà máy Viglacera Hữu Hưng

Hình 3.13: Thao tác định hình gạch

Hình 3.14: Tạo hình gạch kích thước

230x110x63mm

3.2.1. Ảnh hưởng của phối liệu đến cấu trúc của vật liệu.

3.2.1.1. Thành phần khoáng của bùn đỏ trước khi phối trộn

Nhìn vào hình 3.15 ta thấy rằng Bùn Đỏ sau khi tách Alumin ra thì thành

phần của chúng bao gồm: Sodium Aluminum Boron silicate hydroxide sodalite

Luận văn thạc sĩ – K19 KHMT

(B(OH)4- Na8(AlSiO4)6(B(OH)4)2) chiếm 3,21%; Calcite (CaCO3) chiếm 1,54%;

Calcium Aluminum oxide tricalcium aluminate (Ca3Al2O6) chiếm 5,09%.

Hình 3.15: Kết quả chụp X – Ray của mẫu bùn đỏ

VNU-HN-SIEMENS D5005 - Mau BD

200

190

180

170

160

150

140

130

120

110

) s p C

100

6 5 1 . 4 = d

( n L

7 9 9 6 . 2 = d

2 6 1 5 . 2 = d

2 6 2 4 . 2 = d

7 3 0

5 7 6 . 3 = d

8 2 0 5 . 2 = d

4 2 9 6 . 1 = d

8 3 8 . 4 = d

5 7 3 . 6 = d

3 = d

1 2 4 7 . 2 = d

2 4 8 4 . 1 = d

1 1 0 2 . 2 = d

7 9 4 4 . 1 = d

6 0 2 1 . 2 = d

6 1 1 9 . 1 = d

3 7 3 8 . 1 = d 0 6 7 8 . 1 = d

9 0 0 4 . 1 = d

2-Theta - Scale

File: Hai-KhoaMoitruong-Mau BD.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 6.000 ° - End: 69.990 ° - Step: 0.030 ° - Step time: 1.0 s - Temp.: 25.0 °C (Room) - Anode: Cu - Creation: 05/04/12 14:34:31 43-0251 (I) - Sodium Aluminum Boron Silicate Hydroxide Sodalite, (B(OH)4) - Na8[AlSiO4]6[B(OH)4]2 - Y: 3.21 % - d x by: 1.000 - WL: 1.54056 47-1743 (C) - Calcite - CaCO3 - Y: 3.96 % - d x by: 1.000 - WL: 1.54056 38-1429 (*) - Calcium Aluminum Oxide tricalcium aluminate - Ca3Al2O6 - Y: 5.09 % - d x by: 1.000 - WL: 1.54056

Bùn đỏ thải ra sau khi quá trình sản xuất alumin được đem đi xác định thành

phần khoáng bằng phương pháp XRAY, kết quả phân tích cho thấy thành phần các

khoáng trong mẫu thấp. Trong bùn đỏ chứa các nguyên tố: Ca, Na, B, Al.

3.2.1.2. Ảnh hưởng của phối liệu đến cấu trúc của vật liệu

Các phụ gia cao lanh, cát và than được phối trộn với các tỷ lệ nhất định,

được tính toán xác định theo đúng công thức phối liệu để khi nung các thành phần

hóa học sẽ liên kết với nhau theo đúng công thức của vật liệu. Trong quá trình gia

nhiệt, nguyên liệu sẽ được phối trộn và đưa lên nhiệt độ cao, khi đó các thành phần

hóa học của nguyên liệu sẽ trở lên linh động hơn và dễ dàng phá vỡ. Các thành phần

vật chất của bùn đỏ sẽ tham gia liên kết với các thành phần của phụ gia tạo ra mối

liên kết mới tạo ra sản phẩm mới ( khoáng vật mới) có sự thống nhất về mặt hóa

học và cấu trúc.

Luận văn thạc sĩ – K19 KHMT

Vật liệu sau khi phối trộn được định hình trong khuôn kích thước 50 mm x 50mm x 10 mm được nung ở cùng một nhiệt độ cố định là 1000oC, đem nghiền nhỏ

và phân tích XRD, cho thấy thành phần khoáng thu được trong các mẫu này chủ

yếu bao gồm: quartz, hematite, albite, zeolite, Nephenil.

Bảng 3.14: Kết quả phân tích XRD cho gạch phối trộn theo các công thức phối trộn

khác nhau

Quatz Hematite Albite Zeolit Nephenil

Mẫu

CT1

21.83

4.18

2.18

CT2

5.03

15.95

5.09

4.18

2.54

CT3

1.65

16.82

2.78

4.41

2.54

CT4

2.88

16.68

1.27

3.73

2.36

CT5

6.66

17.09

3.89

5.05

3.09

CT6

6.69

14.69

3.65

3.21

2.53

CT7

20.36

2.91

2.63

CT8

17.04

5.22

4.51

3.13

CT9

39.09

17.74

1.73

5.57

2.15

CT10

17.6

15.01

7.51

5.22

1.97

Hình 3.16. Biểu đồ biến đổi thành phần khoáng theo các tỷ lệ phối trộn

Luận văn thạc sĩ – K19 KHMT

Quartz: SiO2

Hematite: Fe2O3

Albite: NaAlSi3O8

Zeolite: Na8(Al6Si6O24).4H2O

Nephenil: NaAlSiO4

Theo kết quả chụp Xray ta thấy rằng hàm lượng của khoáng hematite là cao

hơn hẳn so với các khoáng quatz, zeolite , albite và nephenil. So với các nghiên cứu

trước [9] ở nhiệt độ cao này ta thấy xuất hiện thêm khoáng Nephenil (NaAlSiO4)

chứng tỏ trong quá trình ổn định hóa rắn khi nhiệt độ càng cao NaOH tham gia phản

ứng càng nhiều và hàm lượng bị cố định trong khoáng càng lớn.

Khi so sánh sự biến đổi thành phần khoáng vật theo tỷ lệ phối trộn có thể

thấy rằng: ở các tỷ lệ phối trộn khác nhau đều tạo nên các khoáng vật mới với các tỷ

lệ khác nhau. Ta thấy đối với khoáng Hematite thì hàm lượng của khoáng ở các

mẫu thay đổi không nhiều, tuy nhiên có sự thay đổi rõ rệt và cao nhất là ở mẫu CT1

và mẫu CT7. Ở 2 mẫu này cũng không thấy có sự xuất hiện của khoáng quatz và

albite. Nhìn vào biểu đồ ta thấy sự thay đổi rõ rệt khác nữa đó là hàm lượng của

khoáng quazt, ở mỗi một công thức thì hàm lượng của khoáng thay đổi là khác

nhau. Ta thấy khoáng này không xuất hiện ở các mẫu CT1, CT7, CT8 nhưng lại có

hàm lượng rất cao ở mẫu CT9 và CT10. Như vậy, ta thấy rằng đối với các công

thức khác nhau thì đều cho kết quả thành phần khoáng là khác nhau trong đó hàm

lượng khoáng hematite, quazt và albite thay đổi rõ rệt theo các tỷ lệ phối trộn, trong

khi đó zeolite và nephenil tương đối ổn định.

3.2.2. Kết quả đánh giá sự an toàn với môi trường của vật liệu

Để đánh giá độ an toàn với môi trường của vật liệu, sản phẩm sau khi nung

được kiểm tra khả năng thôi kiềm ra bên ngoài môi trường. Dưới đây là kết quả đo

độ kiềm của dung dịch thu được khi khuấy lắc gạch trong nước cất:

Luận văn thạc sĩ – K19 KHMT

Bảng 3.15: Kết quả đo pH của các tỷ lệ phối trộn khác nhau

Mẫu

CT1

CT2

CT3

CT4

CT5

CT6

CT7

CT8

CT9 CT10

pH 10,44 8,63 8,8 9,22 8,78 10,71 8,46 8,5 8,87 8,55

QCVN 07-2009 BTNMT về Chất thải nguy hại pH ≥ 12,5

Căn cứ vào kết quả trong bảng 3.15 ta thấy rằng tất cả dung dịch từ mẫu CT1

đến mẫu CT10 đều có giá trị pH nhỏ hơn mẫu bùn đỏ ban đầu 12,5 . Dung dịch của

mẫu CT6 (100% bùn đỏ + than) và mẫu CT1 (100% bùn đỏ) có pH cao nhất (10,71;

10,44), thấp nhất là dung dịch của mẫu CT7 (pH = 8,46). Như vậy, so với bùn đỏ ban đầu nồng độ OH- linh động của dung dịch mẫu CT7 đã giảm hơn 300 lần (103,5). Sự giảm pH này có thể là do khi ta đưa nhiệt độ lên cao (10000C), hàm lượng

NaOH tham gia phản ứng càng nhiều và chúng bị cố định lại trong các khoáng mới.

Mặt khác, khi ta phối trộn thêm cao lanh, cát và than thì tỷ lệ (%) theo khối lượng

của bùn đỏ trong hỗn hợp giảm, do đó hàm lượng NaOH giảm dẫn đến giảm giá trị

pH.

Như vậy, giá trị pH của các dung dịch đều nhỏ hơn ngưỡng giới hạn về độ

kiềm theo QCVN 07-2009 BTNMT. Sau quá trình ổn định đóng rắn kết hợp gia

nhiệt, vật liệu an toàn với môi trường về độ kiềm.

3.2.3. Ảnh hưởng của tỷ lệ phối trộn đến tính độc hại của vật liệu.

Để thử nghiệm tính nguy hại, vật liệu được phân tích theo đúng yêu cầu

phương pháp EPA 1311 và kết quả được so sánh với ngưỡng cho phép đối với kim

loại nặng của QCVN 07: 2009/BTNMT. Theo phương pháp EPA, sử dụng dịch chiết

gạch cuối cùng đo kim loại nặng, với các chỉ tiêu kim loại nặng như: Cu, Zn, Pb,

Cd.

Luận văn thạc sĩ – K19 KHMT

3.2.3.1. Kết quả xác định dung môi chiết

Gạch sau khi nung, để nguội, nghiền nhỏ và cho qua rây 1mm. Lấy 5g gạch

đã rây 1mm, cho vào bình 500ml, thêm 96,5ml nước cất, cho vào máy khuấy từ,

khuấy nhanh trong 5 phút. Sau khi khuấy xong, kết quả đo pH của mẫu ở các nhiệt

độ đều có giá trị trên 5. Nên ở tất cả các dung dịch lắc vừa rồi, cho thêm 3,5ml HCl 1N, đem đun lên ở 50oC trong 10 phút và đem đo lại pH của dung dịch. Kết quả của

phép đo pH dung dịch trước và sau khi cho thêm HCl vào:

Bảng 3.16: pH của các công thức phối trộn

Mẫu

CT1 CT2 CT3

CT4

CT5

CT6 CT7 CT8 CT9 CT10

pH

10.44

8.63

8.8

9.22

8.78

10.71

8.46

8.5

8.87

8.55

pH

3.98

3.45

3.71

3.93

3.47

3.99

2.87

3.82

3.47

(+HCl)

Hình 3.17: Biểu đồ thể hiện sự thay đổi pH của dịch lắc trước và sau khi thêm HCl

Luận văn thạc sĩ – K19 KHMT

Như vậy, sau khi cho thêm HCl vào và đun dung dịch này lên thì pH của tất

cả các dịch lắc của mẫu (ở nhiệt độ khác nhau) đều có giá trị pH<5. Nên sử dụng

dung môi chiết 1 để chiết tất cả các mẫu.

3.2.3.2. Giá trị pH của dịch chiết mẫu

Sau khi xác định được dung môi chiết phù hợp với mẫu là dung môi chiết 1

(64,3 ml axit axetic băng + 5,7ml NaOH 1N, định mức lên 1 lít pH = 4,93), tiến

hành lắc mẫu trong dung môi chiết. Mẫu gạch được nghiền đập để có kích thước

khoảng 9,5 mm, lấy 5 gam mẫu lắc với 100ml dung môi chiết trong bình tam giác

250ml ở tốc độ 30 vòng/phút. Sau 24 giờ, chiết dịch lắc và đo pH. Tiếp tục thực

hiện lắc bậc 2, bậc 3 cho đến khi pH của dung môi chiết bắt đầu ổn định.

Khi thực hiện lắc và chiết mẫu với dịch chiết 1 cho thấy, quá trình này lặp lại

đến bậc 3 thì hầu hết pH của các dịch chiết ổn định và sử dụng dịch chiết bậc 3

(cuối cùng) để phân tích thành phần, pH của các dịch chiết được trình bày theo

Bảng 3.17

Bảng 3.17: pH của dịch chiết sau 3 bậc chiết

Mẫu CT1 CT2 CT3 CT4 CT5 CT6 CT7 CT8 CT9 CT10

Lần 1 5.48 5.3 5.33 5.34 5.27 5.36 5.24 5.26 5.27 5.23

Lần 2 5.33 5.24 5.25 5.24 5.23 5.27 5.17 5.22 5.22 5.18

Lần 3 5.32 5.27 5.26 5.24 5.23 5.22 5.14 5.16 5.18 5.17

Luận văn thạc sĩ – K19 KHMT

Hình 3.18. Sự phụ thuộc pH của dịch chiết mẫu vào tỷ lệ phối trộn khác nhau

Khi biểu diễn kết quả pH của dịch chiết trên đồ thị, ta thấy rõ xu hướng biến

đổi pH của dịch chiết. Khi so sánh pH của dịch chiết ở 3 bậc chiết liên tiếp thì lần

chiết 1 có pH cao nhất sau đó giảm dần qua lần chiết 2 và chiết 3. Có sự khác biệt

pH ở các lần chiết này là do đặc điểm của gạch nung. Ở bậc chiết 1, đây là lần đầu tiên cho vật liệu vào lắc với dung môi chiết, trong vật liệu vẫn còn một lượng OH-

(từ NaOH) chưa được cố định hoặc chưa tham gia hình thành khoáng vật mới, vẫn

còn tồn tại tự do trong vật liệu. Nên khi cho dung môi chiết (pH = 4,93; có tính đệm) vào, một lượng lớn H+ (từ CH3COOH) sẽ trung hòa với OH- có trong vật liệu.

Sau đó, các dịch chiết bậc 2, bậc 3: do lượng sút có trong mẫu đa số đã được trung

hòa ở dịch chiết bậc 1, nên lượng NaOH còn lại với hàm lượng thấp, khi thêm dung

môi chiết để chiết bậc 2, bậc 3, lượng NaOH hòa tách ít nên không ảnh hưởng nhiều

đến pH dung môi chiết. Chính vì thế, ở các lần chiết sau pH của dịch chiết càng gần

với pH của dung môi, không chịu ảnh hưởng nhiều của mẫu.

Nhìn vào biểu đồ ta thấy rằng pH ở dịch chiết bậc 1 của mẫu CT1 là cao nhất

(5,48), sau đó đến mẫu CT6 (5,36), và giảm dần ở các công thức mẫu còn lại. Điều

Luận văn thạc sĩ – K19 KHMT

này có thể được giải thích là do mẫu CT1 và CT6 thành phần chủ yếu là bùn đỏ nên

trong quá trình ổn định hóa rắn hàm lượng NaOH vẫn chưa được cố định trong các

khoáng vật mới, trong mẫu vẫn còn tồn tại tự do trong vật liệu.

3.2.3.3. Kết quả đo kim loại nặng của dịch chiết mẫu

Sau khi thu được dịch chiết cuối cùng ( đã đạt đến mức ổn định). Ta mang

dịch chiết này đi để đo một số chỉ tiêu kim loại nặng như Cu, Zn, Pb, Cd. Kết quả

phân tích kim loại nặng trong dịch chiết được thể hiện ở bảng 3.9

Bảng 3.18 : Kết quả phân tích kim loại nặng của các mẫu

Mẫu

CT1

CT2

CT3

CT4

CT5

CT6

CT7

CT8

CT9

CT10

5.80

1.35

Cu (µg/l)

5.22

3.58

8.87

2.89

6.59

1.39

2.19

2.69

2.94

1.94

Zn (µg/l)

Pb (µg/l)

Cd (µg/l)

Hình 3.19: Sự Biến thiên nồng độ kim loại nặng trong dịch chiết theo tỷ lệ phối trộn

Theo bảng kết quả phân tích kim loại nặng, có thể thấy sự thay đổi đáng kể,

ở đây nồng độ các kim loại nặng có giá trị rất nhỏ, nhỏ hơn nhiều lần so với quy định QCVN 07 – 2009 về chất thải nguy hại. Ở nhiệt độ 10000C nồng độ Pb và Cd

đều không thấy xuất hiện ở tất cả các mẫu công thức.

Luận văn thạc sĩ – K19 KHMT

Theo biểu đồ biến thiên nồng độ các kim loại nặng khi ta thay đổi công thức

phối trộn: nồng độ của Cu chỉ thấy xuất hiện ở mẫu công thức CT3 và CT8. Còn

nồng độ Zn xuất hiện ở tất cả các công thức, giá trị của nó đạt mức thấp nhất ở mẫu

CT6 (1,39) và đạt giá trị cao nhất ở mẫu CT3 (8,87). Nhưng tất cả các giá trị đều ở

mức thấp hơn so với ngưỡng cho phép.

Bùn đỏ có độ kiềm cao nên tạo điều kiện thuận lợi để cố định các kim loại ở

dạng hydroxit ổn định, nhiệt độ cao làm hydroxit này bị bao viên trong khối gạch từ

đó giảm khả năng thất thoát kim loại nặng ra môi trường.

3.2.4. Ảnh hưởng của tỷ lệ phối trộn đến độ cứng của vật liệu

Sau khi làm thí nghiệm 10 mẫu với các tỷ lệ phối trộn khác nhau ở kích

thước gạch 50x50x10mm, đánh giá cảm quan về độ cứng của sản phẩm. Lựa chọn

mẫu CT7 và CT10 để tạo sản phẩm kích cỡ lớn (230mm x 110mm x 63mm) và

được sấy nung theo đúng quy trình trong sản xuất gạch công nghiệp ở nhiệt độ nung là 1000oC trong thời gian 24 giờ. Gạch sau nung được xác định các đặc tính như

khả năng chịu uốn, chịu nén, độ hút nước theo TCVN 6355:2009. Kết quả của phép

phân tích đặc tính vật lý của gạch được thể hiện trong Bảng 3.19

Bảng 3.19. Kết quả phân tích các đặc tính vật lý của gạch [19, 20, 21]

Kết quả Phương pháp thử

STT Tên chỉ tiêu Đơn vị Mẫu Mẫu

CT7 CT10

1 Cường độ nén MPa 5.9 TCVN 6355-2:2009 7.7

2 Cường độ uốn MPa 2.2 TCVN6355-3:2009 2.8

3 Độ hút nước % 22.2 19.5 TCVN6355-4:2009

Theo TCVN 1451:1998 – Yêu cầu kĩ thuật cho gạch đất sét nung:

Luận văn thạc sĩ – K19 KHMT

- Cường độ uốn và nén tương ứng với các loại mác gạch được trình bày trong

Bảng 3.20.

Bảng 3.20. Cường độ uốn và nén cho gạch đất sét nung[18]

Cường độ nén (Mpa) Cường độ uốn (Mpa)

Mác gạch Trung bình Nhỏ nhất cho Trung bình Nhỏ nhất cho

cho 5 mẫu thử 1 mẫu thử cho 5 mẫu thử 1 mẫu thử

20 3,4 1,7 15 M200

15 2,8 1,4 12,5 M150

12,5 2,5 1,2 10 M125

10 2,2 1,1 7,5 M100

7,5 1,8 0,9 5 M75

5 1,6 0,8 3,5 M50

- Độ hút nước của gạch đất sét nung không lớn hơn 16% [21].

Nếu so sánh kết quả phân tích đặc tính của gạch với TCVN 1451:1998, có

thể thấy đối với yêu cầu về cường độ nén: mẫu CT7 đạt được giá trị 5,9 MPa lớn

hơn cường độ chịu nén của gạch Mac 50; mẫu CT10 đạt giá trị 7,9MPa lớn hơn

cường độ chịu nén của gạch Mac 75. Đối với yêu cầu về cường độ uốn: mẫu CT7

có giá trị là 2,2MPa tương ứng với chất lượng của gạch mac 100, còn mẫu CT10 có

giá trị 2,8MPa tương ứng với chất lượng của gạch mac 150. Như vậy, ta thấy rằng

tỷ lệ phối trộn của mẫu CT10 có chất lượng tốt hơn mẫu CT7 cả về cường độ chịu

nén và cường độ uốn, tuy chất lượng chưa cao nhưng cả 2 đều có khả năng sản xuất

được gạch từ Mac 50.

Luận văn thạc sĩ – K19 KHMT

Tuy nhiên, khi so sánh với yêu cầu kỹ thuật về độ hút nước theo TCVN

1451:1998, đối với mọi Mac gạch, yêu cầu về độ hút nước cho gạch đất sét nung

luôn 16%, còn gạch từ nguyên liệu bùn đỏ này của mẫu CT7 là 22,2% và mẫu CT10

là 19,5% đều cao hơn so với tiêu chuẩn. Điều này có thể được giải thích là do: thứ

nhất: quá trình nhào trộn nhiên liệu là thủ công nên lượng nước cho vào để nhào

trộn là tương đối lớn, trong quá trình nung nước trong gạch bay hơi tạo nỗ hổng cho

sản phẩm; thứ hai: vì gạch được đóng thủ công nên lực nén ép nhỏ, cấu trúc gạch

xốp cũng là nguyên nhân tạo nên nhiều lỗ hổng làm độ hút nước cao.

Do đặc điểm của bùn đỏ là có kích thước hạt nhỏ, hàm lượng huyền phù cao,

độ hút nước cao, nên trong quá trình sản xuất gạch, cần một lượng nước lớn để gạch

có khả năng tạo hình và gắn kết với nhau. Khi so sánh trọng lượng gạch trước khi

nung và sau khi ra khỏi lò:

- Trước khi nung 2,5 kg/viên (sau khi sấy khô)

- Sau khi nung 1,6 kg/viên

Trong khi đó, với các loại gạch đất sét thông thường cùng kích thước, có

khối lượng trung bình > 2,2 kg. Như vậy, khi so sánh gạch được làm từ bùn đỏ và

gạch đất sét thông thường, độ xốp của gạch bùn đỏ cao hơn và điều này có thể giải

thích cho khả năng hút ẩm cao của gạch bùn đỏ.

Như vậy, với những nghiên cứu trước đây về đặc tính lý hóa của bùn đỏ Tây

Nguyên và các nghiên cứu về phương pháp sản xuất gạch nung là cơ sở để đưa ra

hướng nghiên cứu mới cho luận văn. Cũng là phương pháp nghiên cứu sản xuất

gạch nhưng ở nghiên cứu này đặt ra là tìm ra tỷ lệ phối trộn thích hợp nhất để sản

xuất ra loại gạch có chất lượng tốt, có độ ứng dụng thực tiễn cao, có tính an toàn

cho người sử dụng gạch nghĩa là gạch sản xuất ra vừa phải đáp ứng các yêu cầu về

cơ lý của vật liệu xây dựng, vừa phải đảm bảo tính an toàn đối với môi trường và

sức khỏe con người: độ pH, hàm lượng kim loại nặng, độ phóng xạ.

Luận văn thạc sĩ – K19 KHMT

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

KẾT LUẬN

1. Bùn đỏ Tây nguyên có Thành phần cơ giới của bùn đỏ phân loại theo hình

tam giác đều là thịt pha cát (cát chiếm 57,056%; limôn 33,814%; sét

9,130%). Thành phần hoá học bùn đỏ gồm các oxit có hàm lượng tương ứng,

theo % trọng lượng: Fe2O3 - 30,8; SiO2 - 31,7; Al2O3 - 15,6; TiO2 - 2,58;

Na2O - 3,14, CaO - 3,51; K2O - 0,11; MgO - 0,27; MnO - 0,02; P2O5 - 0,22.

Hàm lượng một số kim loại nặng tương ứng, mg/kg là: Cu - 53,50; Cd - 3,09;

Pb - 1,21 thấp hơn tiêu chuẩn QCVN 03:2008/ BTNMT. Bùn đỏ có thể sử

dụng làm vật liệu xây dựng..

Khi ta thay đổi các tỷ lệ phối trộn khác nhau và giữ nguyên nhiệt độ nung ở 1000oC thì đều cho kết quả thành phần khoáng là khác nhau trong đó hàm

lượng khoáng hematite, quazt và albite thay đổi rõ rệt theo các tỷ lệ phối

trộn, trong khi đó zeolite và nephenil tương đối ổn định.

3. Kết quả kiểm tra về độ thôi kiềm ra bên ngoài môi trường của vật liệu cho

thấy: giá trị pH của các dung dịch đều nhỏ hơn ngưỡng giới hạn về độ kiềm

theo QCVN 07-2009 BTNMT. Sau quá trình ổn định đóng rắn kết hợp gia

nhiệt, vật liệu an toàn với môi trường về độ kiềm.

4. Kết quả đo pH của dịch chiết mẫu sau 3 lần chiết cho thấy, ở các dịch chiết

mẫu sau có pH thấp hơn dịch chiết mẫu đầu tiên và càng về sau pH ổn định,

nhưng pH giữa các lần chiết không chênh lệch nhiều. Khi ta thay đổi tỷ lệ

phối trộn khác nhau ở mỗi công thức ta thấy rằng pH ở dịch chiết bậc 1 của

mẫu CT1 là cao nhất (5,48), sau đó đến mẫu CT6 (5,36), và giảm dần ở các

công thức mẫu còn lại.

5. Lấy dịch chiết cuối cùng của mẫu ở các công thức khác nhau để đo các chỉ

tiêu kim loại nặng Cu, Zn, Pb, Cd cho thấy nồng độ Pb, Cd đều không thấy

Luận văn thạc sĩ – K19 KHMT

xuất hiện ở tất cả các mẫu công thức, nồng độ của Cu chỉ thấy xuất hiện ở

mẫu CT3 (5,8) và CT8 (1,35); còn nồng độ của Zn xuất hiện ở tất cả các mẫu

giá trị của nó đạt mức thấp nhất ở mẫu CT6 (1,39) và đạt giá trị cao nhất ở

mẫu CT3. Nhưng ở đây nồng độ các kim loại nặng đều có giá trị rất nhỏ, nhỏ

hơn nhiều lần so với quy định QCVN 07 – 2009 về chất thải nguy hại.

6. Khi đưa nguyên liệu vào sản xuất gạch theo quy trình sản xuất gạch công

nghiệp: kích cỡ 230mm x 110mm x 63mm nung theo nhiệt đô lò nung công nghiệp (1000oC) để xác định tính chất vật lý của gạch. Cả 2 mẫu gạch CT7

và CT10 đều đạt cường độ chịu nén tương ứng với Mac 50 và Mac 75; đạt

cường độ chịu uốn tương ứng với Mac 100 và Mac 150. Tuy nhiên khi so

sánh với yêu cầu kỹ thuật về độ hút nước thì mẫu gạch CT7 và CT10 đều có

độ hút nước cao hơn so với yêu cầu kỹ thuật là dưới 16%. Đây là do nguyên

liệu có hàm lượng huyền phù cao, lưu giữ nước tốt, nên gạch nung lên sẽ có

độ rỗng cao, tăng khả năng hút nước. Nếu so sánh với gạch đất sét nung

thông thường cùng kích cỡ 230 x 110 x 63mm thì gạch làm từ bùn đỏ có

khối lượng nhỏ hơn nhiều

KIẾN NGHỊ

1.Từ kết quả nghiên cứu cho thấy, do các ưu khuyết điểm về tính chất vật lý

nên loại gạch từ bùn đỏ có thể sử dụng để xây dựng trong nhà, ít chịu tác động của

thời tiết, nhưng cần nghiên cứu thêm các công thức khác để có thể tăng cường các

ưu điểm của loại gạch này: nhẹ, chịu uốn, chịu nén và khắc phục được một số

nhược điểm như: độ hút nước cao để có thể sử dụng cho việc xây dựng ở ngoài trời.

Với độ xốp cao gạch có tiềm năng sử dụng cho mục đích là vật liệu cách nhiệt trong

xây dựng dân dụng.

2.Tiến hành nghiên cứu thêm các tỷ lệ phối trộn khác hoặc sử dụng thêm một

số các loại phụ gia khác có tiềm năng như: bột đá vôi, tro bay, mùn cưa… để tạo ra

được các loại gạch có ưu điểm lớn sử dụng vào nhiều mục đích khác nhau.

Luận văn thạc sĩ – K19 KHMT

3.Nhà nước cần hỗ trợ các nhà khoa học và các doanh nghiệp triển khai

mạnh mẽ các ứng dụng trong lĩnh vực tận dụng chất thải rắn là bùn đỏ nhằm giải

quyết vấn đề môi trường và coi đó như dạng tài nguyên mới tiềm năng cho phát

triển kinh tế.

Luận văn thạc sĩ – K19 KHMT

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tiếng Việt

1. Đào Duy Anh, Nguyễn Văn Hạnh (2009), “Nghiên cứu đặc điểm khoáng hóa

nhằm định hướng công nghệ tuyển quặng sét Trúc Thôn, Hải Dương”, Viện

khoa học vật liệu – Viện KH&CN Việt Nam

2. Bộ Khoa học và công nghệ (2001), TCVN 6866:2001 - An toàn bức xạ. Giới

hạn liều đối với nhân viên bức xạ và dân chúng.

3. Bộ tài nguyên và môi trường (2009), QCVN 07: 2009 - Quy chuẩn kỹ thuật

Quốc gia về ngưỡng chất thải nguy hại.

4. Nguyễn Văn Chiển và nnk, (1986). Các vùng tự nhiên Tây Nguyên. Nhà xuất

bản Khoa học kỹ thuật, Hà Nội, 1985

5. Trần Ngọc Dư (2012), “Xử lý bùn đỏ chất thải sau quá trình công nghệ chế biến

quặng bauxite”, Giải pháp công nghệ mới, thân thiện môi trường, Tạp chí

Môi trường đô thị Việt Nam, 75(3), tr. 29-31.

6. Hồ Sĩ Giao, Mai Thế Toản (2008), “Dự án khai thác, chế biến bauxite Tây

Nguyên và vấn đề môi trường”, Tài nguyên và Môi trường, (7), tr.51.

7. Lưu Đức Hải, Trần Văn Quy, Nguyễn Xuân Huân, Trần Văn Sơn (2012),

“Nghiên cứu một số đặc tính hóa học và vật lý cơ bản của bùn đỏ nhằm

định hướng sản xuất vật liệu xây dựng”, Tạp chí khoa học ĐHQG, Khoa

học Tự nhiên và Công nghệ 28(4S), tr. 53-60.

8. Lưu Đức Hải (2012), “Thu thập các số liệu, tư liệu về công nghệ sản xuất

alumin, thành phần và tính chất của bùn đỏ trong các tư liệu trong và ngoài

nước”, Nghiên cứu khả năng chế tạo vật liệu xây dựng TF bùn đỏ phát sinh

trong công nghệ sản xuất alumin ở Tây Nguyên, Đại Học Quốc gia Hà Nội

Luận văn thạc sĩ – K19 KHMT

9. Lê Thanh Hải (2007), “Nghiên cứu xử lý và tái sử dụng một số loại bùn thải

chứa kim loại nặng bằng ứng dụng quá trình ổn định hóa rắn”, Tạp chí phát

triển Khoa học và Công nghệ, 10(1), tr. 55-60.

10. Bùi Thị Huế (1013), “ Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ nung đến quá trình

ổn định hóa rắn Bùn đỏ sản xuất vật liệu xây dựng”, Luận văn thạc sĩ khoa

học

11. Nguyễn Mạnh Khải (2012), “Nghiên cứu tác động độc hại và nguy cơ gây tác

động môi trường của bùn đỏ”, Nghiên cứu khả năng chế tạo vật liệu xây

dựng TF bùn đỏ phát sinh trong công nghệ sản xuất alumin ở Tây Nguyên,

Đại Học Quốc gia Hà Nội.

12. Đoàn Văn Kiển, (2008), Những định hướng phát triển bền vững công nghiệp

nhôm của TKV tại Đắk Nông – Lâm Đồng. Báo cáo hội nghị ngày

25/12/2008, Thành phố Hồ Chí Minh

13. Nguyễn Ngọc Minh (2012), “Thu thập và phân tích phương pháp và quy trình

công nghệ sử dụng bùn đỏ để sản xuất vật liệu xây dựng”, Nghiên cứu khả

năng chế tạo vật liệu xây dựng TF bùn đỏ phát sinh trong công nghệ sản

xuất alumin ở Tây Nguyên, Đại Học Quốc gia Hà Nội.

14. Minh Quang (2009), “Dự án khai thác bauxite ở Đăk Nông – Cơ hội cho địa

phương thoát nghèo”, Tài nguyên và Môi trường, (9), tr.28.

15. Trần Văn Sơn (2012), “Thiết lập quy trình công nghệ sử dụng bùn đỏ để sản

xuất gạch xây gốm nung”, Nghiên cứu khả năng chế tạo vật liệu xây dựng

TF bùn đỏ phát sinh trong công nghệ sản xuất alumin ở Tây Nguyên, Đại

Học Quốc gia Hà Nội.

16. Đặng Trung Thuận và nnk, (1998), Báo cáo đánh giá sơ bộ tác động môi trường

của dự án tiền khả thi tổ hợp bauxite – nhôm Lâm Đồng (1998).

17. Đặng Trung Thuận và nkk (2010), Khai thác bauxite và phát triển bền vững

Tây Nguyên. Nhà xuất bản Tri Thức, Hà Nội, 2010.

Luận văn thạc sĩ – K19 KHMT

18. TCVN 1451:1998 - Gạch đặc đất sét nung

19. TCVN 6355-2:2009 - Xác định cường độ nén

20. TCVN 6355-3:2009 - Xác định cường độ uốn

21. TCVN 6355-4:2009 - Xác định độ hút nước

22. TCVN 6476:1999 - Gạch bê tông tự chèn

23. TCVN 6477:1999 - Gạch block tự chèn.

24. TKV, (2007& 2009), Báo cáo ĐTM dự án Alumina Nhân Cơ tháng 4/2007 và

tháng 1/2009.

25. Tổng hội Địa chất và Hội hóa học (2009), Báo cáo tại hội thảo khoa học về

bauxite Tây Nguyên, tháng 4/2009, Hà Nội,2009

26. Tổng công ty khoáng sản (2006), “Đánh giá tác động môi trường Tổ hợp

bauxite Lâm Đồng”.

27. Tổng Cục Địa chất và Khoáng sản (2011), Điều tra đánh giá tổng thể tiềm năng

quặng bauxite, quặng sắt laterit miền Nam Việt Nam, Hà Nội.

28. Thông báo số 245-TB/TW ngày 24/04/2009 kết luận của Bộ Chính Trị về Quy

hoạch phân vùng thăm dò, khai thác, chế biến, sử dụng quặng bauxite giai

đoạn 2007 – 2015, có xét đến 2025.

29. Thông báo số 650/TTG-KTN ngày 29/04/2009 của thủ tướng chính phủ về phát

triển ngành công nghiệp khai thác bauxite và sản xuất Alumina.

30. Tài liệu hội thảo “ Tài nguyên khoáng sản và phát triển bền vững ở Việt Nam”,

Hà Nội, 14/05/2010.

31. Bùi Cách Tuyến, Mai Thế Toản (2009), “Công nghiệp khai thác Bauxite - sản

xuất alumina - nhôm tại khu vực Tây Nguyên: Tiềm năng và thách thức”,

Tạp chí tài nguyên và Môi trường, (8), tr. 12.

Luận văn thạc sĩ – K19 KHMT

32. Lê Văn Trảo, Phạm Văn Mẫn, (1995), Bauxit Việt Nam. Báo cáo hội nghị khoa

học Địa chất Việt Nam, Hà Nội, tr.85 - 96

33. Nguyễn Thành Vạn (2012), “Tài nguyên bauxite ở Việt Nam và sự phát triển

bền vững”.

34. Nguyễn Khắc Vinh (2009), “Tài nguyên bauxite trên Thế giới và Việt Nam”,

Tạp chí tài nguyên và môi trường (số 7), tr. 49-51.

Tiếng Anh

35. A. Collazo, D. Fernández, M. Izquierdo, X.R. Nóvoa, C. Pérez (2005),

“Evaluation of red mud as surface treatment for carbon steel prior

painting”, Progress in Organic Coatings, (52), pp. 351–358.

36. B. Koumanova, M. Drame, M. Popangelova (1997), “Phosphate removal

from aqueous solutions using red mud wasted in bauxite Bayer's

process”, Resources, Conservation and Recycling, (19), pp. 11- 20.

37. C. Klauber, M. Gräfe, G. Power (2011), “Bauxite residue issues: II. options for

residue utilization”, Hydrometallurgy, (108), pp. 11 – 32.

38. Claudia Brunori, Carlo Cremisini, Paolo Massanisso (2005), “Reuse of a treated

red mud bauxite waste: studies on environmental compatibility”, Journal of

Hazardous Materials (B117), pp. 55–63.

39. D. Tuazon , G.D. Corder (2008), “Life cycle assessment of seawater neutralised

red mud for treatment of acid mine drainage”, Resources, Conservation and

Recycling, (52), pp. 1307–1314.

40. Édith Poulin , Jean-François Blais, Guy Mercier (2008), “Transformation of red

mud from aluminium industry into a coagulant for wastewater treatment”,

Hydrometallurg, (92), pp. 16–25.

Luận văn thạc sĩ – K19 KHMT

41. Hani Binic, Orhan Aksogan, Derya Bakbak (2009), “Sound insulation of bre

reinforced mud brick walls”, Construction and Building Materials, (23), pp.

1035–1041.

42. Houda Mekki, Michael Anderso, Mourad Benzina (2008), “Valorization of

olive mill wastewater by its incorporation in building bricks”, Journal of

Hazardous Materials, 158), pp. 308–315.

43. Hülya Genç-Fuhrman, Jens Christian Tjell (2004), “Increasing the arsenate

adsorption capacity of neutralized red mud”, Journal of Colloid and

Interface Science, (271), pp. 313–320.

44. Li Zhong, Yifei Zhang Yi Zhang (2009), “Extraction of alumina and sodium

oxide from red mud by a mild hydro-chemical process”, Journal of

Hazardous Materials, (172), pp. 1629–1634.

45. LIU Chang-jun, LI Yan-zhong, LUAN Zhao-kun (2007), “Adsorption removal

of phosphate from aqueous solution by active red mud”, Journal of

Environmental Sciences, (19), pp. 1166–1170.

46. M. Giugliano and A. Paggi j' (1985), “Use of tannery sludge in brick

production”, Waste Management & Research, (3), pp. 361 -368.

47. Mária Omastová, Jan Proken (2007), “Synthesis and characterization of red

mud/polyaniline composites: Electrical properties and thermal stability”,

European Polymer Journal, (43), pp. 2471–2480.

48. Ran Zhang, Shili Zheng, Shuhua Ma, Yi Zhang (2011), “Recovery of alumina

and alkali in Bayer red mud by the formation of andradite - grossular

hydrogarnet in hydrothermal process”, Journal of Hazardous Materials,

(189), pp. 827–835.

49. S.P. Raut, R.V. Ralegaonkar, S.A. Mandavgane (2011), “Development of

sustainable construction material using industrial and agricultural solid

Luận văn thạc sĩ – K19 KHMT

waste: A review of waste-create bricks”, Construction and Building

Materials, (25), pp. 4037–4042.

50. Shaobin Wang, H.M. Ang, M.O. Tadé (2008), “Novel applications of red mud

as coagulant, adsorbent and catalyst for environmentally benign processes”,

Chemosphere, (72), pp. 1621–1635.

51. Snigdha Sushil, Vidya S. Batra (2008), “Catalytic applications of red mud, an

aluminium industry waste: A review”, Applied Catalysis B: Environmental,

(81), pp. 64–77.

52. Soo-Jin Park, Byung-Ryul Jun (2005), “Improvement of red mud polymer-

matrix nanocomposites by red mud”, Journal of Colloid and Interface

Science, (284), pp. 204–209.

53. U. Danis (2005), “Chromate removal from water using red mud and crossflow

microfiltration”, Desalination, (181), pp. 135-143.

54. V. Jobbágy , J. Somlai, J. Kovács, G. Szeiler, T. Kovács (2009), “Dependence

of radon emanation of red mud bauxite processing wastes on heat

treatment”, Journal of Hazardous Materials, (172), pp. 1258–1263.

55. Wanchao Liu, Jiak uan Yang (2009), “Application of Bayer red mud for iron

recovery and building material production from alumosilicate residues”,

Journal of Hazardous Materials, (161), pp. 474–478.

56. Weiwei Huang, Shaobin Wang, Zhonghua Zhu (2008), “Phosphate removal

from wastewater using red mud”, Journal of Hazardous Materials, (158),

pp. 35–42.

57. Xiaoming Liu, Na Zhang, Henghu Sun, Jixiu Zhang (2011), “Structural

investigation relating to the cementitious activity of bauxite residue — Red

mud”, Cement and Concrete Research, (41), pp. 847– 853.

Luận văn thạc sĩ – K19 KHMT

58. Yanju Liu, Ravi Naidu, Hui Ming (2011), “Red mud as an amendment for

pollutants in solid and liquid phases”, Geoderma, (163), pp. 1 –12.

59. Ying Zhao, Jun Wang, Zhaok un Luan (2009), “Removal of phosphate from

aqueous solution by red mud using a factorial design”, Journal of

Hazardous Materials, (165), pp. 1193–1199.

60. Ying Zhao , Lie-yu Zhang, Fan Ni, Beidou Xi (2011), “Evaluation of a novel

composite inorganic coagulant prepared by red mud for phosphate

removal”, Desalination, (273), pp. 414 –420.

Trang web

61. http://bauxite.world-aluminium.org/refining/process.html

62. http://moitruong.xaydung.gov.vn/moitruong/module/news/viewcontent.asp?ID=

533&langid=1

63. http://cie.net.vn/vn/Thu-vien/Cong-nghe-san-xuat/Tong-quan-ve-qua-trinh-

hinh-thanh-khai-thac-va-che-bien-Bauxite-va-San-xuat-nhom.aspx

64. http://vampro.vn/cong-trinh-khoa-hoc/tai-nguyen-khoang-san/tai-nguyen-

bauxite-o-viet-nam-va-su-phat-trien-ben-vung.aspx

khaithac.htm

65. http://vietsciences.free.fr/timhieu/khoahoc/quadiacau/matvaduoctrongviec

66. http://idrinfo.idrc.ca/Archive/ReportsINTRA/pdfs/v15n1f/111047.pdf

67. http://www.sochemvn.com/index.php/nha-may-hoa-chat-tan-binh-2

Luận văn thạc sĩ – K19 KHMT

PHỤ LỤC

400

300

1 8 8 6 . 2 = d

1 7 0 5 . 2 = d

) s p C

200

( n L

2 6 8 6 . 1 = d

0 3 3 8 . 1 = d

9 6 6 . 3 = d

100

1 9 7 4 . 1 = d

8 6 4 4 . 1 = d

0 6 9 1 . 2 = d

0 2 4 . 6 = d

5 2 7 . 3 = d

6 4 8 . 3 = d

3 0 2 . 4 = d

5 2 9 5 . 1 = d

0 2 1 9 . 1 = d

8 0 0 . 3 = d

6 7 2 . 3 = d

9 9 7 8 . 2 = d

6 6 5 5 . 1 = d

7 3 7 5 . 2 = d

5 6 1 8 . 2 = d

6 8 2 6 . 2 = d

4 7 0 4 . 1 = d

1 3 4 3 2 = d

6 1 5 3 . 1 = d

2-Theta - Scale

File: Hue-Moitruong-Bun do-Mau 1e.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 5.000 ° - End: 70.010 ° - Step: 0.030 ° - Step time: 2.0 s - Temp.: 25.0 °C (Room) - Anode: Cu - Creation: 04/23/13 17:51:47 33-0664 (*) - Hematite, syn - Fe2O3 - Y: 21.83 % - d x by: 0.997 - WL: 1.54056 38-0515 (I) - Sodium Aluminum Sulfide Silicate Hydrate Unnamed zeolite - Na8(Al6Si6O24)S·4H2O - Y: 4.18 % - d x by: 1.006 - WL: 1.54056 35-0424 (*) - Nepheline, syn - NaAlSiO4 - Y: 2.18 % - d x by: 1.000 - WL: 1.54056 38-1429 (*) - Calcium Aluminum Oxide tricalcium aluminate - Ca3Al2O6 - Y: 6.55 % - d x by: 1.000 - WL: 1.54056

1. Một số hình ảnh chụp XRays của các công thức phối trộn.

VNU-HN-SIEMENS D5005 - Mau Bun Do - 2e

400

300

5 7 8 6 . 2 = d

) s p C

200

( n L

9 6 0 5 . 2 = d

5 6 8 6 . 1 = d

0 3 3 8 . 1 = d

3 7 6 . 3 = d

100

9 3 3 . 3 = d

0 7 4 4 . 1 = d

5 9 1 . 3 = d

1 9 7 4 . 1 = d

9 7 4 . 3 = d

5 4 8 . 3 = d

4 5 0 . 4 = d

9 2 4 7 . 2 = d

7 0 0 . 3 = d

6 1 9 5 . 1 = d

4 9 8 0 . 2 = d

9 1 9 3 . 2 = d

6 4 7 3 . 1 = d

1 4 5 4 . 2 = d

2 1 4 5 . 1 = d

2 4 4 7 . 1 = d

4 6 9 1 . 2 = d 3 4 8 2 . 2 = d

7 6 0 3 . 2 = d

2-Theta - Scale

File: Hue-Moitruong-Bun do-Mau 2e.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 5.000 ° - End: 70.010 ° - Step: 0.030 ° - Step time: 1.0 s - Temp.: 25.0 °C (Room) - Anode: Cu - Creation: 04/23/13 16:07:42 46-1045 (*) - Quartz, syn - SiO2 - Y: 5.03 % - d x by: 1.000 - WL: 1.54056 09-0466 (*) - Albite, ordered - NaAlSi3O8 - Y: 5.09 % - d x by: 1.000 - WL: 1.54056 33-0664 (*) - Hematite, syn - Fe2O3 - Y: 15.95 % - d x by: 0.997 - WL: 1.54056 38-0515 (I) - Sodium Aluminum Sulfide Silicate Hydrate Unnamed zeolite - Na8(Al6Si6O24)S·4H2O - Y: 4.18 % - d x by: 1.006 - WL: 1.54056 35-0424 (*) - Nepheline, syn - NaAlSiO4 - Y: 2.54 % - d x by: 1.000 - WL: 1.54056

Hình 5: Kết quả chụp Xrays của mẫu CT1

Hình 10: Kết quả chụp Xrays của mẫu CT2

Luận văn thạc sĩ – K19 KHMT

400

300

1 2 0 . 7 1 = d

7 7 8 6 . 2 = d

) s p C

200

( n L

2 7 0 5 . 2 = d

1 6 8 6 . 1 = d

3 7 6 . 3 = d

100

7 2 3 8 . 1 = d

0 9 7 4 . 1 = d

5 8 9 1 . 2 = d

5 7 4 4 . 1 = d

5 7 4 . 3 = d

5 0 0 . 3 = d

4 5 8 . 3 = d

4 8 1 . 4 = d

2 2 3 . 4 = d

5 9 8 0 . 2 = d

2 3 6 5 . 2 = d

1 5 9 3 . 2 = d

1 1 4 3 . 2 = d

3 3 4 7 . 1 = d

2-Theta - Scale

File: Hue-Moitruong-Bun do-Mau 3e.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 5.000 ° - End: 70.010 ° - Step: 0.030 ° - Step time: 1.0 s - Temp.: 25.0 °C (Room) - Anode: Cu - Creation: 04/23/13 15:30:42 46-1045 (*) - Quartz, syn - SiO2 - Y: 1.65 % - d x by: 1.000 - WL: 1.54056 09-0466 (*) - Albite, ordered - NaAlSi3O8 - Y: 2.78 % - d x by: 1.000 - WL: 1.54056 33-0664 (*) - Hematite, syn - Fe2O3 - Y: 16.82 % - d x by: 0.997 - WL: 1.54056 38-0515 (I) - Sodium Aluminum Sulfide Silicate Hydrate Unnamed zeolite - Na8(Al6Si6O24)S·4H2O - Y: 4.41 % - d x by: 1.006 - WL: 1.54056 35-0424 (*) - Nepheline, syn - NaAlSiO4 - Y: 2.54 % - d x by: 1.000 - WL: 1.54056

VNU-HN-SIEMENS D5005 - Mau Bun Do - 6e

400

300

3 6 8 6

2 = d

) s p C

200

1 6 0 5

2 = d

( n L

5 6 8 6

6 6 6

1 = d

8 2 3 8

1 4 9 1

3 = d

0 6 4 4

100

2 9 7 4

1 = d

2 = d

1 = d

4 7 4 . 3 = d

6 1 7 . 3 = d

6 3 8 . 3 = d

9 6 2 1 . 2 = d

7 6 2 . 4 = d

0 5 3 . 3 = d

5 0 0 . 3 = d

2 7 2 . 3 = d

6 9 3 7 . 2 = d

0 7 5 5 . 2 = d

7 3 9 5 . 1 = d

1 2 8 8 . 2 = d

0 6 8 0 . 2 = d

4 8 8 3 . 2 = d

3 3 4 3 . 2 = d

4 1 0 3 . 2 = d

5 0 1 9 . 1 = d

7 1 4 7 . 1 = d

3 6 1 4 . 1 = d

2-Theta - Scale

File: Hue-Moitruong-Bun do-Mau 6e.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 5.000 ° - End: 70.010 ° - Step: 0.030 ° - Step time: 1.0 s - Temp.: 25.0 °C (Room) - Anode: Cu - Creation: 04/23/13 10:35:12 46-1045 (*) - Quartz, syn - SiO2 - Y: 2.88 % - d x by: 1.000 - WL: 1.54056 09-0466 (*) - Albite, ordered - NaAlSi3O8 - Y: 1.27 % - d x by: 1.000 - WL: 1.54056 33-0664 (*) - Hematite, syn - Fe2O3 - Y: 16.68 % - d x by: 0.997 - WL: 1.54056 38-0515 (I) - Sodium Aluminum Sulfide Silicate Hydrate Unnamed zeolite - Na8(Al6Si6O24)S·4H2O - Y: 3.73 % - d x by: 1.006 - WL: 1.54056 35-0424 (*) - Nepheline, syn - NaAlSiO4 - Y: 2.36 % - d x by: 1.000 - WL: 1.54056

Hình 15: Kết quả chụp Xrays của mẫu CT3

Hình 15: Kết quả chụp Xrays của mẫu CT4

Luận văn thạc sĩ – K19 KHMT

400

300

1 8 8 6 2 = d

) s p C

200

( n L

4 7 0 5 2 = d

3 6 8 6 1 = d

3 7 6 3 = d

5 4 3 3 = d

100

8 2 3 8 1 = d

2 8 4 4 1 = d

7 7 4 3 = d

3 7 9 1 2 = d

0 0 8 4 1 = d

5 9 1 3 = d

7 5 1 8 1 = d

3 5 2 4 = d

8 3 8 3 = d

8 5 0 4 = d

7 9 8 4 = d

0 6 2 3 = d

8 0 0 3 = d

4 7 1 4 = d

9 5 4 7 2 = d

0 8 5 8 2 = d

6 5 5 5 2 = d

0 0 9 0 2 = d

5 1 9 5 1 = d

3 0 9 3 2 = d

0 2 5 2 5 4 4 4 2 2 = = d d

8 3 7 3 1 = d

6 1 4 3 2 = d

7 1 4 7 1 = d

5 7 2 1 2 = d

3 2 6 5 1 = d

0 8 2 6 1 = d

2-Theta - Scale

File: Hue-Moitruong-Bun do-Mau 8e.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 5.000 ° - End: 70.010 ° - Step: 0.030 ° - Step time: 2.0 s - Temp.: 25.0 °C (Room) - Anode: Cu - Creation: 04/22/13 17:58:29 46-1045 (*) - Quartz, syn - SiO2 - Y: 6.66 % - d x by: 1.000 - WL: 1.54056 09-0466 (*) - Albite, ordered - NaAlSi3O8 - Y: 3.89 % - d x by: 1.000 - WL: 1.54056 33-0664 (*) - Hematite, syn - Fe2O3 - Y: 17.09 % - d x by: 0.997 - WL: 1.54056 38-0515 (I) - Sodium Aluminum Sulfide Silicate Hydrate Unnamed zeolite - Na8(Al6Si6O24)S·4H2O - Y: 5.05 % - d x by: 1.006 - WL: 1.54056 35-0424 (*) - Nepheline, syn - NaAlSiO4 - Y: 3.09 % - d x by: 1.000 - WL: 1.54056

VNU-HN-SIEMENS D5005 - Mau Bun Do - 11e

400

300

9 7 8 6 . 2 = d

) s p C

200

5 6 0 5 . 2 = d

( n L

8 6 8 6 . 1 = d

1 9 7 4

2 2 3 8 . 1 = d

100

8 6 6 . 3 = d

1 = d

0 7 4 4 . 1 = d

8 5 9 1 . 2 = d

9 1 7 . 3 = d

2 4 8 . 3 = d

9 8 1 . 4 = d

9 0 0 . 3 = d

1 1 9 5 . 1 = d

8 6 2 . 3 = d

2 0 1 9 . 1 = d

6 7 7 8 . 2 = d

3 0 6 5 . 1 = d

3 5 0 4 . 1 = d

6 0 4 3 . 2 = d

5 2 0 3 . 2 = d

2-Theta - Scale

File: Hue-Moitruong-Bun do-Mau 11e.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 5.000 ° - End: 70.010 ° - Step: 0.030 ° - Step time: 1.5 s - Temp.: 25.0 °C (Room) - Anode: Cu - Creation: 04/25/13 14:02:10 33-0664 (*) - Hematite, syn - Fe2O3 - Y: 20.36 % - d x by: 0.997 - WL: 1.54056 38-0515 (I) - Sodium Aluminum Sulfide Silicate Hydrate Unnamed zeolite - Na8(Al6Si6O24)S·4H2O - Y: 2.91 % - d x by: 1.006 - WL: 1.54056 35-0424 (*) - Nepheline, syn - NaAlSiO4 - Y: 2.63 % - d x by: 1.000 - WL: 1.54056 38-1429 (*) - Calcium Aluminum Oxide tricalcium aluminate - Ca3Al2O6 - Y: 6.82 % - d x by: 1.000 - WL: 1.54056

Hình 15: Kết quả chụp Xrays của mẫu CT5

Hình 15: Kết quả chụp Xrays của mẫu CT6

Luận văn thạc sĩ – K19 KHMT

400

300

7 7 8 6 . 2 = d

) s p C

200

( n L

8 7 0 5 . 2 = d

8 5 8 6 . 1 = d

0 5 3 . 3 = d

8 2 3 8 . 1 = d

100

8 6 6 . 3 = d

3 7 4 4 . 1 = d

0 0 8 4 . 1 = d

9 9 1 . 3 = d

4 7 9 1 . 2 = d

4 8 4 . 3 = d

2 4 8 . 3 = d

6 8 1 . 4 = d

3 0 0 . 3 = d

8 7 4 7 . 2 = d

8 9 8 0 . 2 = d

0 1 9 5 . 1 = d

3 6 4 4 . 2 = d

0 0 4 5 . 1 = d

9 0 4 3 . 2 = d

4 7 4 7 . 1 = d

7 5 0 4 . 1 = d

7 4 8 9 . 1 = d

2-Theta - Scale

File: Hue-Moitruong-Bun do-Mau 12e.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 5.000 ° - End: 70.010 ° - Step: 0.030 ° - Step time: 1.0 s - Temp.: 25.0 °C (Room) - Anode: Cu - Creation: 04/25/13 11:00:01 46-1045 (*) - Quartz, syn - SiO2 - Y: 6.91 % - d x by: 1.000 - WL: 1.54056 09-0466 (*) - Albite, ordered - NaAlSi3O8 - Y: 4.91 % - d x by: 1.000 - WL: 1.54056 33-0664 (*) - Hematite, syn - Fe2O3 - Y: 17.45 % - d x by: 0.997 - WL: 1.54056 38-0515 (I) - Sodium Aluminum Sulfide Silicate Hydrate Unnamed zeolite - Na8(Al6Si6O24)S·4H2O - Y: 3.50 % - d x by: 1.006 - WL: 1.54056 35-0424 (*) - Nepheline, syn - NaAlSiO4 - Y: 2.63 % - d x by: 1.000 - WL: 1.54056

400

300

6 8 8 6 2 = d

) s p C

200

( n L

3 8 0 5 2 = d

4 6 8 6 1 = d

2 4 3 8 . 1 = d

100

9 6 6 . 3 = d

6 9 7 4 . 1 = d

8 7 4 . 3 = d

8 7 4 4 . 1 = d

3 7 9 1 . 2 = d

2 4 8 . 3 = d

6 0 0 . 3 = d

0 5 0 . 4 = d

4 9 1 . 3 = d 4 6 2 . 3 = d

7 2 4 7 . 2 = d

1 6 5 5 . 2 = d

3 8 1 . 4 = d

7 9 8 0 . 2 = d

5 6 0 6 . 1 = d

9 1 9 5 . 1 = d

3 9 8 3 . 2 = d

6 6 7 5 . 2 = d

1 7 3 4 . 2 = d

1 4 4 3 . 2 = d

4 3 4 7 . 1 = d

6 7 0 4 . 1 = d

7 6 6 9 . 1 = d

2-Theta - Scale

File: Hue-Moitruong-Bun do-Mau 13e.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 5.000 ° - End: 70.010 ° - Step: 0.030 ° - Step time: 1.0 s - Temp.: 25.0 °C (Room) - Anode: Cu - Creation: 04/25/13 10:23:28 09-0466 (*) - Albite, ordered - NaAlSi3O8 - Y: 5.22 % - d x by: 1.000 - WL: 1.54056 33-0664 (*) - Hematite, syn - Fe2O3 - Y: 17.04 % - d x by: 0.997 - WL: 1.54056 38-0515 (I) - Sodium Aluminum Sulfide Silicate Hydrate Unnamed zeolite - Na8(Al6Si6O24)S·4H2O - Y: 4.51 % - d x by: 1.006 - WL: 1.54056 35-0424 (*) - Nepheline, syn - NaAlSiO4 - Y: 3.13 % - d x by: 1.000 - WL: 1.54056

Hình 15: Kết quả chụp Xrays của mẫu CT7

Hình 15: Kết quả chụp Xrays của mẫu CT8

Luận văn thạc sĩ – K19 KHMT

VNU-HN-SIEMENS D5005 - Mau Bun Do - 16e

900

800

3 4 3 3 = d

700

600

500

) s p C

( n L

400

300

1 6 8 6 2 = d

200

3 6 0 5 2 = d

3 6 6 3 = d

6 2 3 8 1 = d

0 7 4 4 1 = d

100

2 9 7 4 1 = d

1 6 9 1 2 = d

7 8 3 5 1 = d

4 8 6 6 1 = d

6 8 4 3 = d

0 4 8 3 = d

0 8 1 4 = d

8 1 3 4 = d

1 7 2 3 = d

9 0 0 3 = d

0 4 4 7 2 = d

1 1 9 5 1 = d

1 3 8 8 2 = d

1 9 5 5 2 = d

4 1 7 3 1 = d

2 9 8 0 2 = d

5 4 1 8 1 = d

2 0 3 3 = d

9 9 8 3 2 = d

3 9 7 8 1 = d

4 6 8 6 1 = d 0 2 4 7 1 = d

7 2 0 4 1 = d

7 7 2 6 1 = d

2-Theta - Scale

File: Hue-Moitruong-Bun do-Mau 16e.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 5.000 ° - End: 70.010 ° - Step: 0.030 ° - Step time: 1.0 s - Temp.: 25.0 °C (Room) - Anode: Cu - Creation: 04/24/13 17:46:15 46-1045 (*) - Quartz, syn - SiO2 - Y: 49.09 % - d x by: 1.000 - WL: 1.54056 09-0466 (*) - Albite, ordered - NaAlSi3O8 - Y: 1.73 % - d x by: 1.000 - WL: 1.54056 33-0664 (*) - Hematite, syn - Fe2O3 - Y: 17.74 % - d x by: 0.997 - WL: 1.54056 38-0515 (I) - Sodium Aluminum Sulfide Silicate Hydrate Unnamed zeolite - Na8(Al6Si6O24)S·4H2O - Y: 5.57 % - d x by: 1.006 - WL: 1.54056 35-0424 (*) - Nepheline, syn - NaAlSiO4 - Y: 2.15 % - d x by: 1.000 - WL: 1.54056

VNU-HN-SIEMENS D5005 - Mau Bun Do - 18e

400

300

3 8 8 6 . 2 = d

) s p C

200

( n L

0 0 1 5 . 2 = d

6 1 4 5 . 1 = d

2 7 8 6 . 1 = d

9 9 7 4 .

100

4 3 3 8 . 1 = d

0 2 2

4 7 6 . 3 = d

7 8 1 . 3 = d

1 = d

. 3 = d

8 4 3 . 3 = d

9 7 9 1 . 2 = d

2 8 4 4 . 1 = d

2 8 4 . 3 = d

1 6 4 . 6 = d

5 5 2 . 4 = d

9 0 0 . 3 = d

4 3 8 . 3 = d

1 6 0 . 4 = d

4 9 7 3 . 1 = d

9 7 8 0 . 2 = d

9 2 4 7 . 2 = d

1 5 2 1 . 2 = d

6 2 5 5 . 2 = d

4 3 9 5 . 1 = d

9 8 8 3 . 2 = d

3 4 0 4 . 1 = d

6 8 5 5 . 1 = d

2-Theta - Scale

File: Hue-Moitruong-Bun do-Mau 18e.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 5.000 ° - End: 70.010 ° - Step: 0.030 ° - Step time: 1.0 s - Temp.: 25.0 °C (Room) - Anode: Cu - Creation: 04/24/13 15:42:28 46-1045 (*) - Quartz, syn - SiO2 - Y: 4.62 % - d x by: 1.000 - WL: 1.54056 09-0466 (*) - Albite, ordered - NaAlSi3O8 - Y: 5.78 % - d x by: 1.000 - WL: 1.54056 33-0664 (*) - Hematite, syn - Fe2O3 - Y: 16.02 % - d x by: 0.997 - WL: 1.54056 38-0515 (I) - Sodium Aluminum Sulfide Silicate Hydrate Unnamed zeolite - Na8(Al6Si6O24)S·4H2O - Y: 6.20 % - d x by: 1.006 - WL: 1.54056 35-0424 (*) - Nepheline, syn - NaAlSiO4 - Y: 2.92 % - d x by: 1.000 - WL: 1.54056

Hình 15: Kết quả chụp Xrays của mẫu CT9

Hình 15: Kết quả chụp Xrays của mẫu CT10

Luận văn thạc sĩ – K19 KHMT

2. Quy trình xác định độc tính của vật liệu bằng phương

pháp EPA 1311.

2.1. Một số dụng cụ, thiết bị thí nghiệm và hóa chất sử dụng trong phân tích,

nghiên cứu:

Dụng cụ:

- Bình tam giác 250ml, 500ml

- Pipet các loại: 1ml, 2ml, 5ml 10ml

- Bình định mức 50 ml, 100ml 1000ml

- Phễu

- Giấy lọc

Hóa chất:

- Dung dịch NaOH 1N

- Axit axetic băng (95 – 99%)

- Dung dịch HCl 1N

Thiết bị tại phòng thí nghiệm Phân tích môi trường, khoa Môi trường, trường

Đại học khoa học tự nhiên:

- Cân kĩ thuật

- Tủ sấy

- Lò nung

- Máy lắc

- Máy khuấy từ

- Tủ hút

Để xác định độc tính của vật liệu, sử dụng phương pháp ngâm chiết theo EPA 1311. Do mẫu cần phân tích là gạch nung ở, 1000oC có dạng rắn nên khi phân

Luận văn thạc sĩ – K19 KHMT

tích kim loại nặng trong mẫu, có thể áp dụng được một phần từ phương pháp ngâm

chiết này.

Theo đó, tùy vào đặc thù của mẫu phân tích, sử dụng một trong hai dung môi

chiết dưới đây để ngâm chiết, với cách thức pha dung môi chiết như sau:

- Dung môi chiết 1: Cho 5,7 ml axit axetic băng vào 500ml nước tinh khiết,

thêm 64,3 ml NaOH 1N và định mức 1 lít, dung môi thu được có giá trị pH =

4,93 ± 0,05.

- Dung môi chiết 2: Cho 5,7 ml axit axetic băng CH3CH2OOH vào nước cất và

định mức lên 1 lít, dung môi thu được có giá trị pH = 2,88 ± 0,05.

2.2. Xác định dung môi chiết

Xác định dung môi chiết hợp lý cho từng mẫu: Lấy 1 lượng nhỏ mẫu (10g)

để nghiền và cho qua rây 1mm, sau đó cân lấy 5g mẫu vừa nghiền cho vào bình tam

giác 500ml, thêm vào bình tam giác 96,5 ml nước cất, đậy kín và khuấy từ nhanh

trong 5 phút. Đo và ghi lại giá trị pH, tùy thuộc vào giá trị pH đo được ở các mẫu sẽ

xác định được dung môi chiết phù hợp:

+ Trường hợp 1: nếu pH ≤ 5, dùng dung môi chiết 1.

+ Trường hợp 2: nếu pH > 5. Tiến hành bổ sung 3,5 ml HCl 1N vào bình tam giác đã khuấy từ ở trên, đậy kín và đun ở 50oC trong 10 phút. Đợi dung dịch

nguội về đến nhiệt độ phòng, thực hiện đo lại giá trị pH của dung dịch, ghi lại

giá trị pH. Nếu pH ≤ 5, sử dụng dung môi chiết số 1 để chiết mẫu đó. Nếu pH >

5, sử dụng dung môi chiết số 2 để chiết.

2.3. Quy trình chiết

Sau khi xác định được loại dung môi chiết hợp lý cho mỗi mẫu, tiến hành

chiết mẫu bằng dung môi này:

Ban đầu nghiền mẫu đó đến kích thước 9,5mm và đem cân lấy 5g mẫu này

cho vào bình tam giác 250ml và thêm 100ml dung môi chiết (loại dung môi đã xác

định được ở trên), cho vào máy lắc với tốc độ 30 vòng/phút trong vòng 18h, ở điều

Luận văn thạc sĩ – K19 KHMT

kiện nhiệt độ 23oC. Sau đó mang dung dịch thu được từ quá trình lắc này lọc qua

giấy lọc thì thu được dịch chiết, đem dịch chiết này đo giá trị pH và ghi lại giá trị đo

được.

Phần rắn còn lại đem thực hiện lắc bậc 2, bậc 3...cùng với dung môi chiết tương ứng

như trên, cũng trong điều kiện môi trường như trước và đo lại pH. Quá trình lắc

dừng lại khi pH ở các lần sau bắt đầu ổn định, giữ lại dịch chiết cuối cùng để phân

tích các chỉ tiêu xác định thành phần kim loại nặng.

2.4. Xác định hàm lượng kim loại nặng

Sau khi dịch chiết có pH ổn định, đem dịch chiết cuối cùng đi phân tích các

chỉ tiêu kim loại nặng: Pb, Cu, Zn, Cd bằng phương pháp quang phổ hấp thụ

nguyên tử AAS – 6800 tại phòng thí nghiệm Phân tích môi trường, khoa Môi

trường, trường Đại học khoa học tự nhiên Hà Nội.