1
NHỮNG CHỮ VIẾT TẮT
Tổ chức Phát triển Công nghiệp của Liên Hợp Quốc
UNIDO
Cơ quan Thống kê Kim loại Thế giới
WBMS
Polyethylene có tỷ trọng cao
HPDE
Chu trình hoà tách ở nhiệt độ thấp đã được cải tiến
ILTP
Chu trình hoà tách ở nhiệt độ thấp thông thường
CLTP
Sản phẩm khử silicate
DSP
Bảo đảm chất lượng/kiểm tra chất lượng
QA/QC
2
LỜI GIỚI THIỆU
Bùn đỏ là loại quặng đuôi được sinh ra đồng thời với alumin trong quá trình
xử lý bằng công nghệ Bayer và quá trình sơ chế quặng, đó là loại chất thải lỏng
chứa các kim loại và có thể gây nguy cơ tiềm ẩn đối với sức khỏe con người.
Theo phương pháp xử lý truyền thống, bùn đỏ được bơm và để khô tự nhiên vào
trong một khu vực khu trú quặng đuôi, được ngăn cách với xung quanh bởi các
đập có phủ lớp đất sét. Đập được thiết kế và xây dựng khác nhau, tùy thuộc vào
việc áp dụng những tiến bộ trong công nghệ xây dựng. Tuy nhiên, sự xuất hiện
một khu vực chứa quặng đuôi như vậy sẽ gây ra nguy cơ đối với môi trường
xung quanh và gây khó khăn cho công tác phục hồi môi trường khi mỏ đã kết
thúc vận hành.
Sự xuất hiện hồ thải quặng đuôi có liên thông với hệ thống thủy văn xung
quanh, trong đó việc thiết kế đập có tính toán đến số liệu thủy văn và khí hậu để
cho nước mặt thoát ra ngoài vào thủy vực xung quanh theo cửa tràn và vị trí đặt
khu vực thải bùn đỏ cũng cần phải nghiên cứu kỹ lưỡng sao cho nó được đặt trên
nền khu vực có lớp đất sét để tránh ảnh hưởng đến nguồn nước ngầm.
Để cung cấp thêm thông tin về công nghệ xử lý bùn đỏ trong sản xuất alumin
từ bauxit, Trung tâm Thông tin KH&CN Quốc gia xin giới thiệu Tổng luận: “XỬ
LÝ BÙN ĐỎ TRONG SẢN XUẤT ALUMIN TỪ BAUXIT”. Hy vọng tài liệu sẽ có
ích đối với độc giả.
TRUNG TÂM THÔNG TIN KH&CN QUỐC GIA
3
ĐẶT VẤN ĐỀ
Bùn đỏ là chất thải không thể tránh khỏi trong quá trình sản xuất alumin. Bùn đỏ bao gồm các
thành phần không thể hòa tan, trơ và khá bền vững trong điều kiện phong hóa như Hematit,
Natrisilicat, Aluminate, Canxi-titanat, Mono-hydrate nhôm… và đặc biệt là có chứa một lượng xút,
một hóa chất độc hại dư thừa từ quá trình sản xuất alumin. Trong quá trình sản xuất, các nhà sản
xuất sẽ phải cố gắng tối đa để thu hồi lượng xút dư thừa để giảm thiểu chi phí tài chính và bảo vệ
môi trường. Tuy nhiên, lượng xút dư thừa vẫn có thể gây độc hại, nguy hiểm cho con người, vật
nuôi và cây trồng nếu bị phát tán ra ngoài. Cho đến nay, trên thế giới đã có một số công trình nghiên
cứu sử dụng bùn đỏ (làm vật liệu xây dựng…) nhưng vẫn chưa có các giải pháp hữu hiệu để giải
quyết vấn đề này. Cách thức phổ biến về xử lý bùn đỏ vẫn là xây hồ chứa hoặc chôn cất bùn đỏ ở
nơi hoang vắng, gần bờ biển, xa các vùng đầu nguồn các sông suối và các mạch nước ngầm.
Như vậy, nếu các tiêu chuẩn kỹ thuật xây dựng hồ bùn đỏ không đảm bảo, nguy cơ như vỡ đập,
hoặc sự cố tràn (khi lượng mưa quá lớn đột xuất) vẫn sẽ là mối nguy thường trực hàng ngày. Một
vấn đề về ô nhiễm môi trường khác cũng cần được quan tâm đó là bùn thải quặng đuôi trong quá
trình tuyển quặng. Cùng với nước trong quá trình tuyển quặng, lượng bùn thải này sẽ trôi xuống các
con suối, con sông và như bài học kinh nghiệm rút ra từ Tĩnh Tây, Quảng Tây, Trung Quốc các con
suối sẽ trở nên „nhuộm‟ một màu đỏ (màu đỏ là màu của đất đỏ bazan). Nguy cơ ô nhiễm lưu vực
sông sẽ trở nên lớn hơn.
Sản xuất hydroxit nhôm từ công nghệ Bayer luôn phát sinh một lượng chất thải bùn đỏ lớn. Loại
bùn này rất chậm đóng rắn và phải 20 năm lưu giữ mới có thể di chuyển trên nền bùn được. Đặc
biệt, khả năng gây ô nhiễm nguồn nước ngầm là rất cao khi lưu giữ bùn với khối lượng lớn trong
thời gian dài, không đảm bảo kỹ thuật. Ở một số nước trên thế giới, trước đây người ta thường bơm
bùn xuống đáy sông, đáy biển hay ngăn một phần vịnh biển để chứa bùn thải. Tuy nhiên, hiện nay
các biện pháp này đều bị nghiêm cấm vì nó phá hủy hoàn toàn môi trường sống của các sinh vật đáy
thủy vực. Ở Australia bùn đỏ được thải vào sa mạc.
Từ năm 1945, nước Anh đã sử dụng bùn đỏ làm chất keo tụ. Hiện nay, trên thế giới đã có nhiều
ứng dụng từ bùn đỏ, trong đó tập trung vào 3 lĩnh vực như: chất phụ gia trong xi măng, sản xuất vật
liệu xây dựng, điều chế quặng sắt.
Các phương pháp xử lý bùn đỏ hiện nay đang được áp dụng bao gồm các bước chính sau:
- Xử lý phần chất lỏng đi kèm bùn đỏ hoặc phát sinh trong hồ bùn đỏ bằng cách tái sử dụng trong
dây chuyền sản xuất hoặc trung hoà bằng nước biển (trường hợp nhà máy đặt cạnh biển) hoặc trung
hoà bằng CO2.
- Chôn lấp bùn đỏ đã thải, tiến hành hoàn thổ, phục hồi môi trường
Xử lý bùn đỏ từ bãi thải, dùng cho các ứng dụng như vật liệu xây dựng (gạch, ngói, bê tông...),
làm đường, chế biến sơn, chế tạo các vật liệu đặc biệt khác...
Việc lựa chọn các phương án xử lý bùn đỏ sau thải được thực hiện tùy theo các nhà máy alumin
cụ thể, tuy nhiên hiện nay phương án chôn lấp, hoàn thổ chiếm ưu thế và được áp dụng rộng rãi,
phương án chế biến bùn đỏ đang được nghiên cứu, thử nghiệm vì chi phí để thực hiện cao, hiệu quả
kinh tế thấp.
4
I. SẢN XUẤT ALUMIN VÀ XỬ LÝ BÙN ĐỎ
1.1. Tình hình sản xuất
Trên thế giới, nhôm là một trong 4 kim loại màu cơ bản được sử dụng nhiều trong
các ngành công nghiệp quan trọng như chế tạo thiết bị điện, phương tiện vận tải, xây
dựng, chế tạo máy, vũ khí, vật liệu bao gói, đồ đựng nước uống giải khát và sản xuất
đồ gia dụng. Tổng tài nguyên khoáng sản bauxit trên thế giới ước đạt 75,2 tỷ tấn, phân
bố chủ yếu tại các quốc gia nhiệt đới và cận nhiệt đới, trong đó Ghi nê, Australia và
Việt Nam là các quốc gia có trữ lượng bauxit lớn nhất.
Tổng lượng tiêu thụ nhôm nguyên sinh trên thế giới năm 2007 đạt 38 triệu tấn và dự
báo sẽ tăng lên 51,8 triệu tấn năm 2012 và đạt 74,9 triệu tấn vào năm 2020. Trong khi
đó, theo dữ liệu nghiên cứu của Cơ quan Thống kê Kim loại Thế giới (WBMS) thì sản
xuất nhôm của thế giới năm 2007 đạt 38,02 triệu tấn, năm 2008 đạt 41,9 triệu tấn và
đến năm 2020 có thể đạt 78,5 triệu tấn. Từ năm 2008 đến 2011 thị trường nhôm sẽ xảy
ra dư thừa từ 0,1 - 1,8 triệu tấn/năm, nhưng đến giai đoạn từ 2012 đến 2020, nhôm sẽ
rơi vào tình trạng thiếu hụt khoảng từ 0,3 triệu tấn đến 2,6 triệu tấn/năm.
Theo đánh giá của AOA VAMI RUSAL (Nga), sản lượng alumin (nhôm ôxít) của
thế giới năm 2007 đạt 74,7 triệu tấn, tăng 6,9% so với năm 2006 và tăng 40,1% so với
năm 2000. Sự tăng trưởng mạnh mẽ sản lượng alumin đạt được là do nhu cầu về nhôm
tăng mạnh, đặc biệt là từ nhu cầu của Trung Quốc và các quốc gia thuộc Mỹ La tinh.
Cũng theo dự báo của RUSAL sản lượng alumin trên thế giới giai đoạn 2008-2014 sẽ
tăng khoảng 50 triệu tấn. Phần lớn alumin được giao dịch trên thị trường Thế giới
thông qua những hợp đồng dài hạn, chỉ có một phần nhỏ, khoảng 10% tham gia vào thị
trường trôi nổi. Giá alumin trên thị trường dao động bằng khoảng từ 11-15% so với giá
nhôm. Nhóm Broc Hunt nghiên cứu thị trường alumin Thế giới và cho ra một dự báo
dài hạn về thị trường alumin đến năm 2020 theo bảng dưới đây:
Bảng 1: Dự báo về thị trường alumin đến năm 2020
Đơn vị: Triệu tấn
2008
2009
2010
2011
2012
2013
2014
2015
2016
2017
2020
Sản
lượng
83.7
90.0
97.7
100.5
104.0
107.0
113.4
118.3
126.8
129.3
148.7
Nhu
cầu
82.4
88.4
95.7
99.4
101.8
107.5
113.1
118.8
127.1
130.3
148.3
Thừa/
Thiếu
1.3
1.6
2.0
1.1
2.1
-0.5
0.3
-0.5
-0.3
-1.0
0.4
Nguồn: Broc Hunt
5
Bauxit là một trong những tài nguyên khoáng sản khá dồi dào trên Trái đất. Từ
bauxit có thể thu hồi alumin (Al2O3), rồi tiếp tục điện phân sẽ thu hồi aluminium
(nhôm kim loại). Những khoáng vật chủ yếu của bauxit là: gippsite, diaspore,
boehmite là một biến dạng đa hình của diaspore. Khoảng 96% bauxit khai thác được
sử dụng trong ngành luyện kim, 4% còn lại được sử dụng trong các ngành công nghiệp
khác như: Sản xuất vật liệu chịu lửa, gốm sứ, vật liệu mài-đánh bóng, đá trang sức
nhân tạo...
Hơn 90% sản lượng alumin (được gọi là alumin luyện kim) được sử dụng làm
nguyên liệu cho quá trình điện phân để sản xuất nhôm kim loại, 10% còn lại được sử
dụng trong công nghiệp hoá chất và các ngành công nghiệp khác.
Nguồn quặng bauxit toàn thế giới ước tính khoảng 55-75 tỷ tấn, trong đó châu Phi chiếm
33%; châu Đại Dương 24%; Nam Mỹ và vùng Caribê 22%; châu Á 15%; các nơi khác là
6%.
Tình hình sản xuất bauxit trên thế giới được thể hiện ở bảng sau:
Bảng 2: Khai thác bauxit trên thế giới (đơn vị tính 1000 tấn)
Quốc gia
Sản lượng khai thác
Trữ lượng
khai thác
Trữ lượng
ban đầu
2007
2008
Hoa Kỳ
-
-
20 000
40 000
Australia
62400
63 000
5 800 000
7 900 000
Braxin
24 800
25 000
1 900 000
2 500 000
Trung Quốc
30 000
32 000
700 000
2 300 000
Hy Lạp
2 220
2 200
600 000
650 000
Guinea
18 000
18 000
7 400 000
8 600 000
Guyana
1 600
1 600
700 000
900 000
Ấn Độ
19 200
20 000
770 000
1 400 000
Jamaica
14 600
15 000
2 000 000
2 500 000
Kazakhstan
4 800
4 800
360 000
450 000
Nga
6 400
6 400
200 000
250 000
Suriname
4 900
4 500
580 000
600 000
Venezuela
5 900
5 900
320 000
350 000
Việt Nam
30
30
2 100 000
5 400 000
Các nước khác
7 150
6 800
3 200 000
3 800 000
Tổng cả thế giới
(làm tròn)
202 000
205 000
27 000 000
38 000 000
Nguồn: U.S. Geological Survey, Mineral Commodity Summaries, 1/2009