Tài liệu 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 Môi trường ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ------------------- Bùi Thị Huế NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG 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 Hà Nội – Năm 2013 0 Luận văn Thạc sĩ Khoa học Môi trường ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN --------------------- Bùi Thị Huế NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ NUNG ĐẾN QUÁ TRÌNH ỔN ĐỊNH HÓA RẮN BÙN ĐỎ SẢN XUẤT VẬT LIỆU XÂY DỰNG Chuyên ngành: Khoa học môi trường Mã số: 60 85 02 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS NGUYỄN MẠNH KHẢI Hà Nội - 2013 1 Luận văn Thạc sĩ Khoa học Môi trường MỤC LỤC Mở đầu............................................................................................................... 1 Chƣơng 1 - Tổng quan ...................................................................................... 3 1.1. Bauxite và tiềm năng bauxite ....................................................................... 3 1.1.1. Bauxite ...................................................................................................... 3 1.1.2. Quá trình hình thành bauxite .................................................................... 3 1.1.3. Thành phần khoáng vật của bauxite ................................................ 3 1.1.4. Tiềm năng bauxite thế giới và Việt Nam ................................................... 4 1.1.4.1. Tiềm năng bauxite thế giới ..................................................................... 4 1.1.4.2. Tiềm năng bauxite ở Việt Nam ............................................................... 7 1.2. Công nghệ sản xuất alumin ........................................................................ 10 1.2.1. Công nghệ làm giàu và chế biến quặng bauxite ....................................... 10 1.2.2. Công nghệ sản xuất alumin...................................................................... 12 1.2.3. Công nghệ sản xuất nhôm khu vực Tây Nguyên ...................................... 16 1.3. Thành phần và tính chất của Bùn đỏ ........................................................... 21 1.3.1. Vấn đề bùn thải – bùn đỏ ......................................................................... 21 1.3.2. Thành phần bùn đỏ .................................................................................. 22 1.4. Độc tính của bùn đỏ ................................................................................... 26 1.5. Các phương hướng sử dụng bùn đỏ trên thế giới và Việt Nam.................... 27 1.5.1. Các phương hướng sử dụng bùn đỏ trên thế giới ..................................... 27 1.5.1.1. Sử dụng bùn đỏ trong sản xuất vật liệu xây dựng.................................. 28 1.5.1.2. Sử dụng bùn đỏ trong sản xuất gốm thủy tinh ....................................... 29 1.5.1.3. Sử dụng bùn đỏ trong xử lý nước.......................................................... 29 1.5.2. Các phương hướng sử dụng bùn đỏ ở Việt Nam ...................................... 31 1.6. Quá trình ổn định hóa rắn ........................................................................... 32 1.6.1. Ổn định hóa rắn ....................................................................................... 32 1.6.2. Cơ chế của quá trình ổn đinh hóa rắn....................................................... 33 2 Luận văn Thạc sĩ Khoa học Môi trường Chƣơng 2 – Đối tƣợng và phƣơng pháp nghiên cứu ..................................... 36 2.1. Đối tượng nghiên cứu ................................................................................. 36 2.2. Phương pháp nghiên cứu ............................................................................ 37 2.2.1. Phương pháp sử dụng bùn đỏ làm vật liệu xây dựng ................................ 37 2.2.2. Phương pháp ngâm chiết xác định độc tính của vật liệu ........................... 40 2.2.2.1. Xác định dung môi chiết ....................................................................... 41 2.2.2.2. Quy trình chiết...................................................................................... 42 2.2.2.3. Xác định hàm lượng kim loại nặng ....................................................... 42 2.2.3. Phương pháp xác định thành phần khoáng vật của vật liệu ...................... 43 2.2.4. Phương pháp thử nghiệm vật lý ............................................................... 43 2.2.5. Phương pháp xác định độ co ngót của gạch nung .................................... 44 2.2.6. Phương pháp phân tích đánh giá tổng hợp ............................................... 44 2.2.7. Phương pháp thu thập số liệu thứ cấp ...................................................... 44 Chƣơng 3 – Kết quả và thảo luận ................................................................... 45 3.1. Bùn đỏ Tây Nguyên và các vấn đề môi trường ........................................... 45 3.1.1. Đặc điểm của bauxite khu vực Tây Nguyên............................................. 45 3.1.2. Thành phần tính chất bùn đỏ và các vấn đề môi trường ........................... 46 3.1.2.1. Hàm lượng các oxit .............................................................................. 47 3.1.2.2. Các nguyên tố phóng xạ ....................................................................... 48 3.1.2.3. Thành phần kim loại nặng trong mẫu bùn đỏ ........................................ 50 3.1.2.4. Thành phần cơ giới của mẫu bùn đỏ ..................................................... 51 3.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình ổn định hóa rắn ............................... 51 3.2.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ nung đến cấu trúc của vật liệu ........................... 54 3.2.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ nung đến dịch chiết mẫu ................................... 56 3.2.2.1. Kết quả xác định dung môi chiết .......................................................... 56 3.2.2.2. Giá trị pH của dịch chiết mẫu ............................................................... 57 3.2.2.3. Kết quả đo kim loại nặng dịch chiết mẫu .............................................. 59 3.2.3. Ảnh hưởng của nhiệt độ nung đến độ co ngót .......................................... 61 3 Luận văn Thạc sĩ Khoa học Môi trường 3.2.4. Ảnh hưởng của nhiệt độ nung đến độ cứng vật liệu ................................. 63 Kết luận và kiến nghị ...................................................................................... 66 Tài liệu tham khảo .......................................................................................... 68 4 Luận văn Thạc sĩ Khoa học Môi trường DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Trang Hình 1.1. Các phương án sử dụng bauxite 11 Hình 1.2. Công nghệ Bayer chế biến alumin từ bauxite 13 Hình 1.3. Quy trình sản xuất alumin 14 Hình 1.4. Quy trình sản xuất alumin bằng công nghệ Bayer ở Tây Nguyên 18 Hình 1.5. Một số phương án sử dụng bùn đỏ 28 Hình 2.1. Quy trình sử dụng bùn đỏ sản xuất vật liệu xây dựng 37 Hình 3.1. Ủ vật liệu 52 Hình 3.2. Hình dạng gạch 50 x 50 x 10 52 Hình 3.3. Cho vật liệu vào dung môi chiết 52 Hình 3.4. Chiết dịch 52 Hình 3.5. Thao tác định hình gạch 53 Hình 3.6. Hình dạng của gạch 230 x 110 x 63 55 Hình 3.7. Biểu đồ biến đổi thành phần khoáng theo nhiệt độ 52 Hình 3.8. Sự thay đổi pH dịch lắc trước và sau khi thêm axit HCl 57 Hình 3.9. Sự phụ thuộc pH của dịch chiết mẫu vào nhiệt độ nung mẫu 58 Hình 3.10. Biến thiên nồng độ kim loại nặng trong dịch chiết theo nhiệt độ 57 nung Hình 3.11. Ảnh hưởng của nhiệt độ nung đến độ co ngót của vật liệu 5 62 Luận văn Thạc sĩ Khoa học Môi trường DANH MỤC CÁC BẢNG Trang Bảng 1.1. Tài nguyên bauxite ở các châu lục trên thế giới 4 Bảng 1.2. Trữ lượng và khai thác bauxite ở trên thế giới 5 Bảng 1.3. Sản xuất nhôm kim loại trên thế giới 6 Bảng 1.4. Thống kê các mỏ bauxite laterite chính ở miền nam Việt Nam 9 Bảng 1.5. Tiêu hao kiềm và bauxite cho sản xuất alumin 15 Bảng 1.6. Thành phần bùn đỏ của một số nhà máy alumin trên thế giới 22 Bảng 1.7. Thành phần của bùn đỏ 23 Bảng 1.8. Thành phần bùn đỏ và dung dịch bám theo bùn đỏ của dự án Lâm 24 Đồng Bảng 1.9. Thành phần bùn đỏ và dung dịch bám theo bùn đỏ của dự án 25 Nhân Cơ Bảng 3.1. Thành phần quặng bauxite nguyên khai ở các khu mỏ Tây 45 Nguyên Bảng 3.2. Hàm lượng oxit trong bùn đỏ ở Tây Nguyên, Việt Nam 47 Bảng 3.3. Đồng vị phóng xạ và hàm lượng của U, Th, K trong các mẫu 48 quặng bauxite Bảng 3.4. Hoạt độ phóng xạ riêng của một số đồng vị phóng xạ tự nhiên 49 trong mẫu bùn đỏ Bảng 3.5. Hàm lượng U, Th, K trong các mẫu và liều hiệu dụng năm do 49 phông bức xạ gamma gây ra Bảng 3.6. Hàm kim loại nặng trong bùn đỏ 50 6 Luận văn Thạc sĩ Khoa học Môi trường Bảng 3.7. Thành phần cơ giới mẫu bùn đỏ 51 Bảng 3.8. Kết quả phân tích XRD cho gạch nung ở các nhiệt độ khác nhau 54 Bảng 3.9. pH của mẫu khi lắc với nước cất 56 Bảng 3.10. pH của dịch chiết sau 3 bậc chiết 58 Bảng 3.11. Kết quả phân tích kim loại nặng của mẫu 60 Bảng 3.12. Độ co ngót của gạch nung 61 Bảng 3.13. Kết quả phân tích các đặc tính vật lý của gạch 63 Bảng 3.14. Cường độ uốn và nén cho gạch đất sét nung 64 7 Luận văn Thạc sĩ Khoa học Môi trường MỞ ĐẦU Việt Nam là một trong ba nước có trữ lượng quặng bauxite đứng đầu trên thế giới, đến nay bauxite đang trở thành một trong những nguồn tài nguyên quan trọng của Việt Nam. Phần lớn trữ lượng bauxite của Việt Nam tập trung ở Tây Nguyên, đặc biệt là các tỉnh phía Nam của Tây Nguyên như Lâm Đồng và Đắc Nông [6]. Hiện nay, Việt Nam đã bắt đầu triển khai xây dựng hai nhà máy sản xuất alumin đầu tiên, công suất 600.000 tấn/năm: nhà máy alumin Tân Rai và nhà máy alumin Nhân Cơ. Nhà máy đầu tiên đi vào hoạt động thử nghiệm cuối năm 2012 và nhà máy thứ hai theo kế hoạch sẽ bắt đầu hoạt động sản xuất vào năm 2014. Tuy nhiên, vấn đề bất cập lớn nhất khi triển khai các dự án nhôm ở Tây Nguyên là vấn đề môi trường và sinh thái. Các chuyên gia của các nước thành viên Hội đồng tương trợ kinh tế khi xem xét dự án nhôm ở Việt Nam trong khuôn khổ hợp tác đa phương và song phương đều cho rằng dự án sẽ có ảnh hưởng tiêu cực đến môi trường và sinh thái của khu vực trên một diện rộng [50]. Khi khai thác bauxite, trước mắt bắt buộc phải phá huỷ toàn bộ thảm thực vật để bốc đi lớp đất phủ trên bề mặt và lớp khoáng vật chứa bauxite với độ sâu hết chiều dày của thân quặng. Toàn bộ vùng đồi núi sẽ dần biến thành đất trống, không có khả năng trồng trọt do không giữ được độ ẩm. Một vấn đề quan trọng hơn nữa mà hiện nay tất cả các nước sản xuất alumin đều quan tâm là vấn đề bùn thải trong quá trình chế biến quặng, còn gọi là bùn đỏ. Đặc trưng của bùn đỏ là có pH cao và có kích thước hạt mịn, nhỏ hơn 1mm. Do đó, bùn thải khi khô dễ phát tán bụi vào trong không khí gây ô nhiễm, tiếp xúc với bụi này gây ra các bệnh về da, mắt. Nước thải từ bùn hoặc nước chảy tràn qua hồ bùn đỏ tiếp xúc với da gây các tác hại như ăn mòn da, gây mất độ nhờn làm da khô ráp, có thể sưng tấy, loét mủ ở các vết xước trên da [8]. Đặc biệt, nguy cơ gây ô nhiễm nguồn nước ngầm là rất cao khi lưu giữ bùn với khối lượng lớn trong thời gian dài. Lượng bùn này phát tán mùi hôi, hơi hóa chất gây ô nhiễm, ăn mòn các loại vật liệu. 8 Luận văn Thạc sĩ Khoa học Môi trường Một số thành phần hóa học chính trong bùn đỏ: Fe2O3, Al2O3, SiO2 và TiO2, Na2O, K2O, CaO...và một số nguyên tố kim loại có giá trị như: V, Ga.... Bên cạnh đó, bùn đỏ còn chứa một số nguyên tố phóng xạ, kim loại nặng, các chất thải nguy hại, oxalate gây tác động xấu cho sức khỏe con người và môi trường [8]. Trước kia, để lưu trữ bùn đỏ, hầu hết các nhà máy sản xuất alumin đều chứa bùn đỏ trong các ao mở để cho nước bay hơi và chiết xuất kiềm. Phải mất vài năm, quá trình tự nhiên này mới kết thúc và khi đó bùn khô còn lại sẽ được chôn cất hoặc trộn với đất. Tuy nhiên, sau sự cố vỡ bể chứa bùn đỏ của một nhà máy sản xuất nhôm ở miền Tây Hungary và hậu quả của nó đã cho thấy việc chứa bùn đỏ chưa phải đã là giải pháp tốt, mà phải tìm ra một giải pháp hữu hiệu hơn để có thể xử lý, làm giảm các nguy cơ, rủi ro của bùn đỏ đến môi trường, hoặc có thể sử dụng chất thải này như một loại nguyên vật liệu cho quá trình sản xuất tạo ra các sản phẩm khác, mang lại lợi ích kinh tế nhưng không gây tác động xấu đến sức khỏe con người và môi trường. Xuất phát từ thực tế trên, đề tài: ―Nghiên cứu ảnh hƣởng của nhiệt độ nung đến quá trình ổn định hóa rắn bùn đỏ sản xuất vật liệu xây dựng” là rất cần thiết để có thể tận dụng bùn đỏ làm vật liệu xây dựng. Đề tài luận văn tốt nghiệp với nội dung gồm: - Nghiên cứu quá trình sản xuất và thành phần bùn đỏ của hai nhà máy Nhân Cơ và Tân Rai - Xây dựng quy trình sử dụng bùn đỏ làm vật liệu xây dựng - Xác định đặc tính cơ lý, cấu trúc của vật liệu - Thử độ an toàn của vật liệu. 9 Luận văn Thạc sĩ Khoa học Môi trường Chƣơng 1 - TỔNG QUAN 1.1. Bauxite và tiềm năng bauxite 1.1.1. Bauxite Quặng bauxite là loại quặng ph ổ biến nhất trong lớp vỏ của trái đất, nó là một loại khoáng sản có chứa hơn 32% alumin (Al2O3) [51]. 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. Bauxite được xem là nguyên liệu chính để sản xuất alumin. 1.1.2. Quá trình hình thành bauxite Quá trình hình thành bauxite trải qua các giai đoạn [51]: - Phong hóa đá và nước thấm lọc vào trong đá tạo nên các oxit nhôm và oxit sắt; - Làm giàu trầm tích hay đá đã bị phong hóa bởi sự rửa trôi của nước ngầm; - Xói mòn và tái tích tụ bauxite. Quá trình này lại chịu ảnh hưởng của một số yếu tố như: đá mẹ chứa các khoáng vật này bị rửa trôi chỉ để lại nhôm và sắt, độ hổng của đá cho phép nước thấm qua, ở nơi có lượng mưa cao xen kẽ các đợt khô hạn ngắn, hệ thống thoát nước tốt, khí hậu nhiệt đới ẩm, có mặt lớp phủ thực vật và vi khuẩn. Theo một mô hình mô phỏng quá trình này thì giá trị pH thích hợp đạt khoảng 3,5 - 4,0. 1.1.3. Thành phần khoáng vật của bauxite Bauxite tồn tại ở 3 dạng cấu trúc chính tùy thuộc vào số lượng phân tử nước chứa trong nó và cấu trúc tinh thể gồm: gibbsite Al(OH)3, boehmite γ-AlO(OH) và diaspore α-AlO(OH): 10 Luận văn Thạc sĩ Khoa học Môi trường - Gibbsite có hàm lượng alumin tối đa là 65,4% - Boehmite và diaspore cả hai đều có hàm lượng alumin tối đa là 85%. Trong số bauxite hiện đang được khai thác, phổ biến nhất là gibbsite, sau đó là hỗn hợp của gibbsite và goehmite. Cùng với bauxite còn có các khoáng vật oxit sắt goethite và hematite, các khoáng vật sét kaolinite và đôi khi có mặt cả anata TiO2 [45]. Mỗi dạng cấu trúc của bauxite có những đặc tính khác nhau tạo nên những mục đích khai thác và sử dụng khác nhau. Gibbsite là hydroxit nhôm thực sự, còn boehmite và diaspore tồn tại ở dạng hidroxit nhôm oxit. Sự khác biệt cơ bản giữa boehmite và diaspore là ở cấu trúc tinh thể và boehmite cần nhiệt độ cao hơn để thực hiện quá trình tách nước nhanh. Ba dạng cấu trúc khác nhau của bauxite có thể phân loại thành hai nhóm dựa vào hàm lượng nước khác nhau, đó là: monohydrates và trihydrates [6]. 1.1.4. Tiềm năng bauxite thế giới và Việt Nam 1.1.4.1. Tiềm năng bauxite thế giới Theo tài liệu (1/2009) của Cơ quan Địa chất Mỹ thì tài nguyên bauxite ở trên thế giới là 55 - 75 tỷ tấn phân bố ở các châu lục như sau: Bảng 1.1. Tài nguyên bauxite ở các châu lục trên thế giới [22] Châu lục Phần trăm trữ lƣợng Châu Phi 33% Châu Đại Dương 24% Nam Mỹ và Caribbean 22% Châu Á 15% 11 Luận văn Thạc sĩ Khoa học Môi trường Bảng 1.2. Trữ lƣợng và khai thác bauxite ở trên thế giới [22] Nƣớc TT Trữ Trữ lƣợng lƣợng cơ (tỷ tấn) Sản lƣợng khai thác (triệu tấn) 1992 1993 2006 2007 2008 sở (tỷ tấn) 1 Guinea 8,6 7,4 13,773 14 14,5 18 18 2 Australia 7,9 5,8 39,95 41 62,3 62,4 63 3 Việt Nam 5,4 2,1 - - - 0,03 0,03 4 Jamaica 2,5 2 11,302 10,8 14,9 14,6 15 5 Brazil 2,5 1,9 10,8 9,4 21 24,8 25 6 Trung Quốc 2,3 0,7 - - 21 30 32 7 Ấn Độ 1,4 0,77 4,475 5,4 12,7 19,2 2 8 Guyana 0,9 0,7 2,3 2 1,4 1,6 1,6 9 Hy Lạp 0,65 0,6 2,1 1,7 2,45 2,22 2,2 10 Suriname 0,6 0,58 3,25 3,2 4,92 4,9 4,5 11 Kazakhstan 0,45 0,36 - - 4,8 4,8 4,8 12 Venezuela 0,35 0,32 1,052 1 5,5 5,9 5,900 13 Nga 0,25 0,2 - 6,6 6,4 6,4 14 Mỹ 0,04 0,02 - - - - 15 Các nước khác 3,8 3,2 5,46 7,15 6,8 38 27 178 202 205 Toàn cầu - 14,623 11,38 104 101 Theo số liệu điều tra thăm dò trước năm 2000, trên thế giới có hơn 40 nước có tài nguyên bauxite trong đó có 5 nước có trữ lượng trên 1 tỷ tấn là Guinea (7,4 tỷ tấn), Australia (5,8 tỷ tấn), Việt Nam (2,1 tỷ tấn), Jamaica (2 tỷ tấn), Brazil (1,9 tỷ 12 Luận văn Thạc sĩ Khoa học Môi trường tấn). Các nước có trữ lượng bauxite đều khai thác để sử dụng trong nước và xuất khẩu. Bảng 1.3. Sản xuất nhôm kim loại trên thế giới [22] STT Nƣớc 2006 (triệu tấn) 2007 (triệu tấn) 2008 (triệu tấn) 1 Trung Quốc 9,350 12,600 13,500 2 Nga 3,720 3,960 4,200 3 Canada 3,050 3,090 3,100 4 Mỹ 2,284 2,554 2,640 5 Australia 1,930 1,960 1,960 6 Brazil 1,498 1,660 1,660 7 Na Uy 1,330 1,300 1,100 8 Ấn Độ 1,100 1,220 1,300 9 Nam Phi 0,895 0,899 0,850 10 Bahrain 0,870 0,873 0,870 11 UAE 0,730 0,890 0,920 12 Venezuela 0,10 0,610 0,550 13 Mozambique 0,564 0,564 0,550 14 Germany 0,537 0,555 0,590 15 Tajikistan 0,414 0,419 0,420 16 Iceland 0,320 0,398 0,790 17 Các nước khác 4,510 4,460 4,700 Toàn cầu 33,700 38,000 39,700 13 Luận văn Thạc sĩ Khoa học Môi trường Trong 15 năm qua sản lượng khai thác bauxite ở trên thế giới tăng bình quân hàng năm là 6,8%. Riêng năm 2008, sản lượng khai thác bauxite là 205 triệu tấn tăng 1,45% so với năm 2007. Với tài nguyên bauxite trên toàn thế giới đạt từ 55 đến 75 tỷ tấn, trong đó trữ lượng đã thăm dò đạt 27 - 38 tỷ, nó có thể thoả mãn nhu cầu của nhân loại về kim loại nhôm khoảng vài trăm năm nữa [6]. Trên thế giới có 24 nước với 54 nhà máy sản xuất alumin và 40 nước với 121 nhà máy điện phân nhôm kim loại. Trong 15 năm qua, sản lượng nhôm kim loại trên thế giới tăng bình quân hàng năm là 7,2%; năm 2008 chỉ tăng hơn năm 2007 là 0,45%. Thị trường bauxite và nhôm kim loại trên thế giới vài chục năm qua tương đối ổn định ở các châu lục: châu Phi có Guinea với trữ lượng bauxite khổng lồ 7,9 tỷ tấn, châu Mỹ có Jamaica (2 - 2,5 tỷ tấn) và Brazil (1,9 - 2,5 tỷ tấn), Châu Đại Dương có Australia (5,8 - 7,9 tỷ tấn)… đảm bảo cho các nước trong khu vực. Tuy nhiên, với tham vọng đẩy mạnh các ngành hàng không và ô tô, trong mấy năm gần đây, Trung Quốc đã tăng sản lượng khai thác bauxite đạt 13% sản lượng thế giới và điện phân nhôm năm 2008 đạt đến 34% sản lượng nhôm trên thế giới. Như vậy, thị trường nhôm thế giới chỉ có Trung Quốc là có nhu cầu lớn, sau đó đến Nga [22]. 1.1.4.2. Tiềm năng bauxite ở Việt Nam Ở miền Bắc Việt Nam, trên mặt bào mòn sườn núi đá vôi ở các tỉnh Cao Bằng, Lạng Sơn, Hà Giang, Hải Dương, Nghệ An đã hình thành quặng bauxite (chủ yếu là diaspore) với tuổi Permi muộn (260 triệu năm), tài nguyên đạt 200 triệu tấn trong đó trữ lượng đã thăm dò đạt 91 triệu tấn. Tài nguyên bauxite ở Việt Nam đã được biết đến từ những năm 30 thế kỷ trước, vào khoảng năm 1936 – 1943, các nhà địa chất Pháp đã phát hiện và khai thác mỏ bauxite Lỗ Sơn (Hải Dương) và các mỏ bauxite ở vùng Lạng Sơn. Cho đến trước năm 1975 kết quả điều tra, thăm dò của ngành địa chất Việt Nam đã xác định và sơ bộ đánh giá triển vọng các vùng quặng bauxite lớn ở miền Bắc Việt Nam phân bố ở các tỉnh Lạng Sơn, Cao Bằng, Hà Giang, Nghệ An. Trữ lượng và tài nguyên được điều tra, thăm dò với các độ tin cậy khác nhau ở các vùng quặng 14 Luận văn Thạc sĩ Khoa học Môi trường bauxite này đạt 357,205 triệu tấn, trong đó trữ lượng chung ở các nhóm mỏ Lạng Sơn và Cao Bằng (tính đến năm 1969) được 36,4 triệu tấn (chiếm 10,2% tổng trữ lượng và tài nguyên) và đã đưa ra nhận định "Bauxit đang trở thành một khoáng sản lớn ở nước ta" . 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. Từ năm 1975 đến nay công tác điều tra, thăm dò bauxite ở Việt Nam đã đưa lại những kết quả mới với những dự báo đến "chóng mặt", chủ yếu liên quan đến loại bauxite laterite trong các vỏ phong hóa các đá bazan tuổi Neogen và Pliocen - Pleistocen ở miền Nam Việt Nam [6]:  1995: 5,4 tỷ tấn quặng nguyên khai,  2000 - 2005: 6,75 tỷ tấn quặng nguyên khai,  2007: 5,4 tỷ tấn quặng nguyên khai (2,298 tỷ tấn quặng tinh),  2009: 6,75 tỷ tấn quặng nguyên khai (1,62 tỷ tấn quặng tinh),  2010: 6,91 tỷ tấn quặng nguyên khai (3,088 tỷ tấn quặng tinh),  Và 2011: 11 tỷ tấn quặng nguyên khai. Gần đây (năm 2011), kết quả thống kê chuyển đổi trữ lượng và tài nguyên bauxite laterite về "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 15 Luận văn Thạc sĩ Khoa học Môi trường 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%). Bảng 1.4. Thống kê các mỏ bauxite laterite chính ở miền Nam Việt Nam [19] Diện Tên mỏ STT tích (Km2) Mức độ Trữ lƣợng quặng tinh đã Quặng đƣợc phê duyệt hoặc dự nguyên kiến đạt đƣợc (Triệu tấn) khai thăm Trữ Tài lượng nguyên dò (Triệu Tổng tấn) 123 Đã 97,3 36,3 133,6 283,7 117,5 Đã 95,7 44 139,7 308,5 Tân Rai 70 Đã 37,7 79 116,7 236 4 Tây Tân Rai 43 Đã 53,3 6,5 59,8 148,8 5 Đồi Thắng Lợi 3 Đã 2,7 2,7 5,4 452,5 982,4 1 1-5 2 Gia Nghĩa 3 Tổng 356,5 6 Kon Nà Nừng 67,5 Đang 52,7 52,7 117,1 7 Bắc Gia Nghĩa 142,5 Đang 189,7 189,7 462,6 8 Đắk Song 228 Đang 326,2 326,2 795,5 9 Gia nghĩa 2 205,5 Đang 253,4 253,4 618,1 174,6 Đang 162,7 162,7 396,8 Đông 10 Bắc Tây Nam 1-5 và 16 Luận văn Thạc sĩ Khoa học Môi trường 11 Nhân Cơ 286 Đang 269,4 269,4 660 12 Tân Rai (TKV) 94,5 Đang 341 341 643,7 13 Bảo Lộc (TKV) 67,8 Đang 162 162 306,1 14 Thống Nhất 341,3 Đang 291 291 582 15 Thọ Sơn 158,9 Đang 116,1 116,1 232 16 Quảng Sơn 83,6 Đang 115,4 115,4 281,5 17 Tuy Đức 240 Đang 310,4 310,4 757,7 18 TCTy Hóa Chất 36,7 Đang 38 38 66,1 19 Vân Hòa 5 Đang 8 8 16 Tổng 2131,9 2636 5935,2 Tổng cộng 2488,4 3088,5 6917,6 Như vậy, về tổng thể tiềm năng tài nguyên bauxite nói chung và bauxite laterite ở Việt Nam là lớn, nhưng với những dẫn liệu nêu trên có thể thấy những số liệu về tài nguyên bauxite ở Việt Nam rất cần được tổng hợp lại, cập nhật kịp thời và cần đồng bộ hóa dữ liệu, đưa về một mặt bằng tin cậy để sử dụng cho nhiều mục đích phát triển kinh tế - xã hội [21, 52]. 1.2. Công nghệ sản xuất alumin 1.2.1. Công nghệ làm giàu và chế biến quặng bauxite Hiện nay, trên thế giới đang sử dụng nhiều loại quặng để sản xuất alumin, nhưng loại quặng chiếm trữ lượng lớn và được sử dụng nhiều nhất là bauxite. Khoảng 85% alumin của thế giới được sản xuất từ quặng bauxite và sản xuất ở nhiều nước trên thế giới; khoảng 10% được sản xuất từ quặng nepheline và alunite chủ yếu ở Nga, Canada, Mỹ; khoảng 5% từ các nguyên liệu khác tập trung ở Nga, Mỹ, Nhật Bản ... 17 Luận văn Thạc sĩ Khoa học Môi trường Bauxite Sản xuất alumin Công nghệ Bayer Alumin đặc biệt Alumin cấp luyện kim Nhôm kim loại Alumin đã nung Gốm, sứ Alumin hoạt tính Vật liệu chịu lửa Các hydroxit nhôm Vật liệu mài, đánh bóng Hình 1.1. Các phƣơng án sử dụng Bauxite [6] Công nghệ làm giàu quặng bauxite [6]: Khoảng 90% sản lượng alumin của thế giới được sản xuất bằng công nghệ Bayer, nhưng công nghệ này đòi hỏi bauxite có hàm lượng SiO2 thấp. Bauxite có hàm lượng SiO2 hoạt tính (tác dụng với kiềm) >5% không thể xử lý kinh tế bằng phương pháp Bayer vì gây mất mát kiềm theo bùn đỏ rất lớn [40]. Ngược lại, nếu xử lý bằng công nghệ thiêu kết hoặc thiêu kết - Bayer (hỗn hợp) thì tiêu hao năng lượng lớn. Vì vậy, bauxite cần phải được làm giàu để giảm hàm lượng SiO2, nâng tỷ lệ Al2O3/SiO2 >7 thì mới thích hợp cho công nghệ Bayer. Trên thế giới, các phương pháp làm giàu đơn giản và phổ biến là: - Đập, nghiền kết hợp sàng khô - Đập, nghiền kết hợp sàng ướt (phổ biến hơn) 18 Luận văn Thạc sĩ Khoa học Môi trường Bằng phương pháp tuyển rửa, phần lớn SiO2 trong hạt mịn được loại bỏ theo quặng đuôi. Ngoài ra, một số bauxite có hàm lượng sắt cao và có từ tính (như bauxite laterite ở vùng thềm lục địa Đông Ấn Độ), người ta dùng phương pháp tuyển ướt với từ trường mạnh. 1.2.2. Công nghệ sản xuất alumin 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 nhôm 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 sau: 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 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. 19