Tài liệu Nghiên cứu khả năng giải phóng một số kim loại nặng từ các bãi thải, quặng đuôi nghèo pyrit (fes 2 )

Nghiên cứu khả năng giải phóng một số kim loại nặng từ các bãi thải, quặng đuôi nghèo pyrit (FeS2) Trương Thị Tâm Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Luận văn ThS chuyên ngành: Khoa học Môi trường; Mã số: 60 85 02 Người hướng dẫn: PGS.TS Đồng Kim Loan Năm bảo vệ: 2012 Abstract: Nghiên cứu khả năng phong hóa giải phóng Kim loại nặng (KLN) từ quặng đuôi nghèo FeS2 ra môi trường trong điều kiện ngập nước và xung (thấm từng đợt) nước. Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phong hóa và các quá trình tương tác biến đổi cũng như chuyển hóa các sản phẩm sau phong hóa. Đề xuất biện pháp quản lý để giảm thiểu tác động của việc khai thác khoáng đến môi trường, hệ sinh thái nói chung và sức khỏe con người nói riêng. Keywords: Khoa học môi trường; Chất thải; Kim loại nặng; Ô nhiễm môi trường; Bãi thải quặng Content MỞ ĐẦU Việt nam là quốc gia cú tiềm năng về khai thỏc khoỏng sản với khoảng 5000 mỏ quặng và 60 loại khoỏng sản khỏc nhau. Tuy nhiờn, việc khai thỏc cũn nhiều bất cập do trỡnh độ quản lý, ý thức con người, cụng nghệ khai thỏc non kộm và lạc hậu nờn đó để lại những hệ lụy xấu cho mụi trường. Đa số cỏc mỏ khai thỏc hiện nay là bỏn thủ cụng, chỉ lấy cỏc phần quặng giàu, bỏ đi toàn bộ cỏc phần quặng nghốo và khoỏng sản đi cựng. Đõy là nguyờn nhõn chớnh làm ụ nhiễm nghiờm trọng mụi trường tự nhiờn và hệ sinh thỏi, mà điển hỡnh là khu vực quanh bói chứa đất đỏ thải và quặng đuụi- một lượng chất thải rắn khổng lồ đó mang theo nhiều cỏc kim loại nặng (KLN), dũng thải lỏng mang tớnh axit và cỏc tỏc nhõn húa học thải vào mụi trường. Chớnh vỡ vậy, đề tài “Nghiờn cứu khả năng giải phúng một số kim loại nặng từ cỏc bói thải, quặng đuụi nghốo pyrit (FeS2 )” đó được lựa chọn nhằm mục đớch: - Nghiờn cứu khả năng phong húa giải phúng KLN từ quặng đuụi nghốo FeS2 ra mụi trường trong điều kiện ngập nước và xung (thấm từng đợt) nước. - Nghiờn cứu cỏc yếu tố ảnh hưởng đến quỏ trỡnh phong húa và cỏc quỏ trỡnh tương tỏc biến đổi cũng như chuyển húa cỏc sản phẩm sau phong húa. Trờn cơ sở đú đề xuất biện phỏp quản lý để giảm thiểu tỏc động của việc khai thỏc khoỏng đến mụi trường, hệ sinh thỏi núi chung và sức khỏe con người núi riờng. Chƣơng 1. TỔNG QUAN 1.1. Khoáng vật sunfua 1.1.1. Đặc điểm chung các khoáng vật sunfua [12] Hiện nay, số lượng cỏc khoỏng vật sunfua và cỏc hợp chất tương tự được tỡm thấy lờn tới 350 loại. Theo tớnh toỏn của Vernadsky, chỳng chiếm 0,15% trọng lượng toàn bộ vỏ Trỏi đất. Cỏc kim loại đặc trưng trong khoỏng sunfua là Fe, Cu, Pb, Zn, Sb, Ag, Bi, Co, Ni, trong đú Fe thường chiếm tỷ trọng lớn. Khoỏng vật sunfua thường khụng trong suốt. Đa số khoỏng vật sunfua cú liờn kết cộng hoỏ trị – kim loại cú ỏnh kim, tớnh dẫn điện cao, cú tớnh bỏn dẫn. Sunfua chủ yếu cú nguồn gốc nhiệt dịch. 1.1.2. Quặng pyrit sắt 1.1.2.1. Giới thiệu Pyrit hay pyrit sắt (FeS2) là khoỏng vật phổ biến nhất trong cỏc khoỏng vật sunfua và thường cú mặt nhiều trong cỏc khoỏng vật sunfua. 1.1.2.2. Thành phần húa học, cấu trỳc và đặc tớnh vật lý Ngoài thành phần chủ yếu của quặng pyrit là sunfua với hàm lượng của S từ 24-30% cũn chứa cỏc kim loại nặng như Fe, As, Zn, Cu…. Trong thực tế, pyrit thường xuất hiện dưới dạng cỏc khối lập phương, cú mặt như là cỏc tinh thể đẳng cực. Pyrit cũng hay xuất hiện dưới dạng cỏc tinh thể bỏt diện và dạng diện pyrit (hỡnh thập nhị diện với cỏc mặt ngũ giỏc); Nú cú mặt góy hơi khụng đều và concoit, ỏnh kim, hệ số phản xạ 53%, độ cứng Mohs khoảng 6–6,5, tỷ trọng riờng khoảng 4,95–5,10 [2]. Pyrit giũn và cú thể nhận dạng trờn thực địa do cú mựi đặc trưng để phõn biệt, được giải phúng ra khi mẫu vật bị tỏn nhỏ; 1.1.2.3. Một số mỏ pyrit sắt ở Việt Nam Mỏ pyrit Giỏp Lai Mỏ pyrit Giỏp Lai thuộc xó Giỏp Lai, huyện Thanh Sơn, tỉnh Phỳ Thọ, đó được đoàn địa chất 25 (cũ) tiến hành tỡm kiếm thăm dũ năm 1962. Trong những năm 1970 đến đầu 1990, mỏ đó được đưa vào khai thỏc quặng cung cấp cho nhà mỏy supephotphat Lõm Thao. Hiện tại, mỏ đó ngừng khai thỏc và tạo nờn cỏc hồ nhõn tạo. Sự hỡnh thành cỏc hồ nhõn tạo đó gõy ảnh hưởng đến mụi trường đất và nước trong vựng; Mỏ pyrit Giỏp Lai cú nguồn gốc thành tạo nhiệt dịch nhiệt độ trung bỡnh. Thõn quặng pyrit trong khu mỏ cú dạng mạch nằm trong đỏ hoa đolomit và đỏ hoa tremolit màu trắng, màu trắng xỏm tuổi Proterozoi. Nhỡn chung cỏc thõn quặng cú hỡnh dỏng phức tạp, dạng mạch, chựm mạch, thấu kỡnh nằm gần song song với nhau và trựng với phương của đỏ võy quanh. Một số thõn lộ ra trờn mặt, một số thõn ẩn sõu, phõn bố trờn chiều dài 1.100m, rộng 180m. càng xuống sõu và ra hai đầu mỳt, chiều dài thõn quặng giảm, quặng xõm tỏn thưa và hàm lượng lưu huỳnh thấp. Tụ khoỏng Ba Trại Tụ khoỏng Bản Giụn Ngoài ra, quặng pyrit cũn được biết trong cỏc tụ khoỏng ở Chợ Đồn, Chợ Điền (Bắc Cạn), Tũng Bỏ (Hà Giang) và tụ khoỏng Đồng sinh quyền ở (Lào Cai)... 1.2. Quá trình phong hóa quặng sunfua 1.2.1. Phân loại quá trình phong hóa [ 4] 1.2.1.1. Phong húa vật lý * Phong hoỏ nhiệt * Phong hoỏ cơ học * Phong hoỏ cơ học do sinh vật 1.2.1.2. Phong húa húa học * Quỏ trỡnh hydrat húa * Quỏ trỡnh oxy húa * Quỏ trỡnh sột húa 1.2.1.3. Phong húa sinh học 1.2.2. Quá trình oxy hóa các mỏ sunfua [12] 1.2.2.1. Khỏi quỏt chung ễ nhiễm cao tại nơi khai thỏc, quanh bói thải và quặng đuụi là do quỏ trỡnh phong húa quặng- dưới tỏc động của nước, khụng khớ và bức xạ mặt trời, cỏc khoỏng vật và đỏ lộ ra ở phớa ngoài cựng của lớp đất đỏ bị phỏ hủy theo cỏc phản ứng: S2- + 4H2O → SO42- + 8H+ + 8e (E0 = 0,16V) MS + 2O2 → RSO4 M – kim loại Trong phức [SO42- ], S di chuyển mạnh. Nếu gặp mụi trường khử, dạng sunfat sẽ bị khử thành H2S. Cả dạng (S+6) và dạng sunfua (S2-) trong mụi trường Eh thớch hợp cú thể chuyển thành lưu huỳnh tự sinh (S2-). Vỡ mụi trường phong húa chủ yếu là oxi húa nờn dạng tồn tại chĩnh cảu S là (S+6 ) SO42- và HSO4- . 1.2.2.2. Quá trình oxy hóa quặng pyrit. Đối với pyrit xảy ra theo sơ đồ sau: 2FeS2 + 4O2 + 2H2O = 2FeSO4 + 2H2SO4 Với sự cú mặt của O2, FeSO4 khụng bền vững và sẽ bị biến đổi theo phản ứng sau: 4FeSO4 + 2H2SO4 + O2 = 2Fe2(SO4)3 + 2H2O Trong mụi trường nước mang tớnh axit yếu, Fe2(SO4)3 dễ dàng bị thủy phõn tạo hydroxyt theo phản ứng: Fe2 (SO4)3 + 4H2O = 2Fe(OOH) + 3H2SO4 Axit H2SO4 và Fe(III) được giải phúng ra trong quỏ trỡnh oxyhoỏ sunfua sắt cú thể tỏc dụng lờn cỏc khoỏng vật sunfua khỏc và đẩy nhanh quỏ trỡnh phõn huỷ chỳng theo phản ứng: Vỡ vậy, khi pyrit bị oxyhoỏ, giải phúng H+ làm tăng độ axit của mụi trường sẽ làm thay đổi độ linh động của ion đi kốm như Cu2+, As3+ và một số nguyờn tố KLN khỏc được giải phúng dễ dàng phỏt tỏn vào mụi trường nhờ nước... đồng thời hỡnh thành dũng trong quỏ trỡnh oxyhúa quặng, gọi là “ dũng thoỏt axit” (acid mine drainage- AMD). Như vậy cỏc kim loại được giải phúng ra ngoài mụi trường theo cỏc cỏch sau: MS + 2H+ → M2+ + H 2S MS + 2O2 + 2H + → M2+ +H2 SO4 2MS + 2Fe2(SO4)3 + 2H2O + 3O2 → 2MSO4 + 4FeSO4 + 2H2SO4 (M là cỏc kim loại hoỏ trị hai: Cu, Pb, Zn...) Ngoài quỏ trỡnh oxy húa quặng pyrit tự nhiờn đó mụ tả ơ trờn, cỏc sufua cú trong bói thải trong quỏ trỡnh khai thỏc hoặc trong quặng đuụi của quỏ trỡnh tuyển quặng cũng dễ dàng bị oxy húa. Quỏ trỡnh này cũng tương tự như quỏ trỡnh tự nhiờn nhưng tốc độ lớn hơn nhiều. Do vậy đõy là một trong những nguồn phỏt tỏn KLN và chất độc hại vào mụi trường cần được quan tõm nghiờn cứu. 1.3. Hiện trạng ô nhiễm và các tác động của KLN đến môi trƣờng khu vực khai thác quặng và vùng lân cận 1.3.1. Hiện trạng ô nhiễm kim loại nặng 1.3.1.1. Hiện trạng ô nhiễm tại một số điểm khai thác mỏ ở Việt Nam Khi bị phong húa cỏc đỏ và quặng sẽ giải phúng cỏc kim loại nặng làm tập trung hàm lượng lớn kim loại nặng vượt quỏ giới hạn cho phộp, gõy ra cỏc bệnh địa phương, cú hại đối với cõy trồng, vật nuụi. Một trong những điểm “ núng ” về ụ nhiễm mụi trường do khai thỏc quặng là sự kiện “làng ung thư Thạch Sơn” (Giỏp lai, Thanh Sơn, Phỳ Thọ) [6,15]. Ngoài tỏc động đến sức khỏe con người do ụ nhiễm từ khai thỏc và chế biến khoỏng sản, cũn phỏt hiện thấy sự tồn lưu của cỏc KLN trong sản phẩm chố trồng tại vựng mỏ thiếc huyện Đại Từ, tỉnh Thỏi Nguyờn [16], ... Mụi trường nhiều điểm như mỏ kẽm, chỡ Làng Hớch (Thỏi Nguyờn), mỏ đồng Sinh Quyền (Lào Cai), khai trường của cỏc nhà mỏy xi măng Bỳt Sơn, Bỉm Sơn, Tam Điệp đều bị ụ nhiễm nặng nề. Nồng độ cỏc KLN như đồng, chỡ, kẽm, sắt… trong cỏc nguồn nước tiếp nhận ở xung quanh nhiều điểm mỏ đều cao hơn mức cho phộp nhiều lần (từ 1,5 đến 7 lần) [1]. Ngoài ra, một số khu vực cú khả năng hỡnh thành dũng thải axit mỏ trong khai thỏc quặng sunfua do chất độc tồn dư trong quặng thải [5]. 1.3.1.2. Hiện trạng ô nhiễm tại một số điểm khai thác mỏ trên thế giới 1.3.2. Ảnh hƣởng của kim loại nặng đến môi trƣờng và cơ thể sống 1.3.2.1. “ Làng ung thư” Thạch Sơn 1.3.2.2. Làng Hớch, Thỏi Nguyờn 1.3.2.3. Sự kiện Minamata 1.3.3. Giới thiệu một số KLN và tác động của chúng đến môi trƣờng và con ngƣời 1.3.3.1. Asen [1, 4, 10] 1.3.3.2. Cadmi [4, 10] 1.3.3.3. Chỡ [4, 10] 1.3.3.4. Đồng [4, 10] 1.3.3.5. Kẽm [3, 7] 1.3.3.6. Sắt [4, 10] Chƣơng 2. ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiờn cứu của luận văn là cỏc kim loại nặng bị phong húa từ quặng pyrit sắt (FeS2) vào mụi trường nước và đất. -Phạm vi nghiờn cứu của luận văn là đất đỏ thải và quặng đuụi nghốo pyrit của điểm khai thỏc mỏ quặng pyrit Giỏp Lai, huyện Thanh Sơn, tỉnh Phỳ Thọ. 2.2. Phƣơng pháp nghiên cứu 2.2.1. Phƣơng pháp kế thừa 2.2.2. Khảo sát thực địa 2.2.3. Nghiên cứu trong phòng thí nghiệm 2.3. Nội dung nghiên cứu 2.3.1. Danh mục hoá chất, thiết bị cần thiết cho nghiên cứu Bảng 1. Danh mục thiết bị cần thiết cho nghiờn cứu TT Tờn dụng cụ, thiết bị Mục đớch 1 Tủ hốt Phỏ mẫu 2 Mấy khuấy từ, IKA-RH-KT/C Phục vị cho nghiên cứu khả năng cộng kết 3 Mỏy sục khớ, Việt Nam Đảm bảo độ hoà tan khớ oxi trong nước 4 Cỏc dụng cụ thuỷ tinh trong PTN Tiến hành cỏc thớ nghiệm 5 Máy cất nước Aquatron A4000D, Nước cất cho nghiên cứu xuất xứ Cộng hoà Liên bang Đức 6 Tủ sấy Model 1430 D, Đức. Sấy mẫu 7 Mỏy đo độ đục Xỏc định hàm lượng sunfat 8 Mỏy đo pH, Mi-151 Martini Xỏc định pH instruments, Phần Lan Bảng 2. Danh mục hoỏ chất cần thiết cho nghiờn cứu TT Tờn hoỏ chất Mục đớch 1 HNO3 Phỏ mẫu, điều chỉnh pH, axit hoỏ mẫu 2 NaOH Điều chỉnh pH 3 HCl Làm sạch cỏt 4 KNO3 Pha nước mưa, xỏc định hàm lượng sunfat 4 Na2SO4 Pha nước mưa, xỏc định hàm lượng sunfat 5 MgCl2.6H2O Pha nước mưa 6 (NH4)2SO4 Pha nước mưa 7 CaCl2.2H2O Pha nước mưa, xỏc định hàm lượng sunfat 8 NaHCO3 Pha nước mưa 9 FeSO4 Xỏc định khả năng hấp phụ của Fe(OH)3 10 Pb(NO3)2 Xỏc định khả năng hấp phụ của Fe(OH)3 11 Cu(CH3COO)2.H2O Xỏc định khả năng hấp phụ của Fe(OH)3 12 H3AsO4 Xỏc định khả năng hấp phụ của Fe(OH)3 13 CdSO4.2H2O Xỏc định khả năng hấp phụ của Fe(OH)3 14 ZnSO4 Xỏc định khả năng hấp phụ của Fe(OH)3 15 CH3COOH Pha dung dịch đệm xỏc định hàm lượng sunfat 16 CH3COONa Pha dung dịch đệm xỏc định hàm lượng sunfat 17 Ba(NO3)2 Xỏc định hàm lượng sunfat 2.3.2. Nghiên cứu các ảnh hƣởng đến khả năng cộng kết – hấp phụ các kim loại nặng lên sắt (III) hydroxit 2.3.2.1. Nghiờn cứu ảnh hưởng của nồng độ sắt (II) ban đầu Để nghiờn cứu ảnh hưởng nồng độ Fe(II), chuẩn bị cỏc mẫu Fe(II) cú nồng độ biến thiờn từ 10 ữ 25 mg/L. Đồng thời thờm một lượng giống nhau cỏc ion Cu, Zn và Pb cú nồng độ là 10 mg/L ; Cd và As cú nồng độ là 1 mg/L, và Mn cú nồng độ 4 mg/L. Tiến hành sục khớ để đảm bảo DO khụng đổi khoảng 8 mg/L trong vũng 30 phỳt, cho tới khi sắt(II) bị oxi hoỏ hoàn toàn lờn sắt(III). Lọc lấy dung dịch để phõn tớch định lượng cỏc kim loại Cu, Zn, Pb, Cd, As, Mn cũn lại. 2.3.2.2. Nghiờn cứu ảnh hưởng của pH Để nghiờn cứu ảnh hưởng của pH, cỏc mẫu thớ nghiệm được chuẩn bị như mục 3.1.3.1 nhưng cú nồng độ sắt(II) giống nhau là 20 mg/L. pH của dung dịch mẫu được điều chỉnh trong khoảng 3,0 ữ 7,0. Tiến hành sục khớ đảm bảo DO khụng đổi ở khoảng 8 mg/L trong 30 phỳt. Sau đú lọc lấy dung dịch đem đi phõn tớch hàm lượng cỏc kim loại nặng cũn lại. 2.3.3. Nghiên cứu quá trình phong hoá giải phóng KLN trong điều kiện ngập nƣớc có tích lũy 6 Ghi chú 1. Cột chứa cát trộn quặng A pyrit sẳt 1 5 2. Vỏ bảo ôn B 2 3. Van lấy mẫu 4. Bể chứa dung dị ch nước C mô phỏng nước mưa 4 5. Máy thổi không khí 3 6. Bơm nước Hình 1. Thiết bị cho quá trình phong hoá giải phóng kim Lớp nước sỏi chặn trên loại trong điều kiệnA.ngập B. Lớp quặng pyrit trộn với cát thạch anh C. Lớp sỏi chặn dưới Bảng 3. Thành phần nước mưa tự pha [12] Thành phần Ca2+ Mg2+ K+ Na+ Cl- HCO3- NO3- SO42- NH4+ Nồng độ (mg/L) 5,6 2,7 4,1 4,4 9,2 18,3 4,44 0,75 3,29 Lượng phối liệu nạp trong cột là 3,2 kg. Trong điều kiện ngập nước - cột chứa quặng luụn bị ngập ở mức nước cao hơn bề mặt lớp cỏt trộn quặng và cú thể tớch dư khoảng 250 mL. Nước sau khi chảy qua, lấy đi phõn tớch, phần cũn lại cho trở lại vào bể chứa nước (4) để tiếp tục quay về cột. Mẫu nước được lấy ra ở van 3 với một thể tớch đỳng bằng phần dư là 250 mL (tương đương thể tớch nước lưu trong cột) ở cựng một thời điểm như nhau – 2 ngày lấy mẫu một lần. 2.3.4. Nghiên cứu quá trình phong hoá giải phóng KLN trong điều kiện xung nƣớc có tích lũy Mụ phỏng điều kiện xung (thấm) nước tại cỏc bói thải, quặng đuụi nghốo, mỗi khi cú mưa và cú sự tỏc động của O2, hơi nước trong khụng khớ làm cho cỏc quặng này bị phong hoỏ giải phúng ra cỏc KLN vào mụi trường nước và đất. Mụ hỡnh nghiờn cứu trong điều kiện xung nước tương tự như phần ngập nước. Nhưng chỉ khỏc trong quỏ trỡnh vận hành là pha nước sẽ cho chảy theo từng xung (2 ngày một lần) thấm qua lớp quặng từ trờn xuống dưới. Mẫu được lấy theo thời gian như nhau với cựng một lượng là 250 ml sau khi chảy thấm qua lớp quặng, phần cũn lại được bổ sung 250 ml nước mưa tự tạo và cho quay vũng như mục 2.3.3. Chƣơng 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Quá trình kết tủa, cộng kết và hấp phụ của các KLN 3.1.1. Quá trình oxi hóa- thủy phân và các dạng kết tủa của sắt Kết quả cho thấy, Sau thời gian sục khớ 30 phỳt với giỏ trị DO khụng nhỏ hơn 8 mg/l thỡ sắt(II) bị oxi hoỏ gần như hoàn toàn lờn sắt(III) và thủy phõn tạo thành hydroxit. Mặt khỏc, sắt(III)hydroxit mới sinh thường tồn tại ở dạng keo hay cỏc hạt vụ định hỡnh rất hoạt động. Sau đú, chỳng chuyển dần sang dạng vi tinh thể bền vững hơn. Sự chuyển hoỏ này làm thay đổi tớnh chất lý hoỏ của sắt(III)hydroxit và ảnh hưởng đến khả năng cộng kết - hấp phụ của chỳng. Khảo sỏt ảnh hưởng nồng độ sắt(II) đến khả năng cố định một số kim loại nặng Zn, Cu, Pb, As, Cd, Mn 3.1.2. Khảo sát ảnh hƣởng của nồng độ ion sắt(II) đến khả năng cố định một số kim loại nặng Zn, Cu, Pb, As, Cd, Mn Cỏc điều kiện nghiờn cứu như sau: - Nồng độ Fe(II) ban đầu: 10, 15, 20 và 25 mg/L, - Nồng độ Cu, Zn và Pb là 10 mg/L, - Nồng độ Cd, As là 1 mg/L và nồng độ Mn là 4 mg/L. Kết quả khảo sỏt ảnh hưởng nồng độ Fe(II) đến khả năng tỏch loại một số kim loại nặng được thể hiện trờn bảng 4 và hỡnh 2. Bảng 4. Kết quả khảo sỏt ảnh hưởng nồng độ Fe(II) đến khả năng cố định cỏc kim loại Zn, Cu, Pb, As, Cd, Mn. [Fe2+] ban % Zn(II) % Cu(II) % Pb(II) % As(V) %Cd(II) được cố được cố được cố được cố được cố (ppm) định định định định định 10 82,12 97,8 99,45 94,62 61,63 đầu %Mn(II) được cố định 60,5 15 84,67 98,9 99,64 95,34 62,32 60,7 20 85,87 99,5 99,69 97,8 63,58 60,6 25 88,94 99,8 99,73 98,7 65,73 60,3 120 Hiệu suất tách loại 100 Zn 80 Cu Pb 60 As Cd 40 Mn 20 0 10 15 20 25 Nồng độ Fe(II) ban đầu Hình 2. Ảnh hưởng của nồng độ Fe(II) đến hiệu suất tỏch loại ion của cỏc kim loại Zn, Cu, Pb, As, Cd, Mn 3.1.3. Kết quả khảo sát ảnh hƣởng của pH đến khả năng kết tủa hydroxit Fe(III) và cộng kết một số kim loại nặng Nghiờn cứu ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ và cộng kết cỏc ion Zn, Cu, Pb, As, Cd, Mn lờn hydroxit Fe(III) được tiến hành trong điều kiện: - Nồng độ ion sắt(II) là 20 mg/L, - Nồng độ Cu, Zn và Pb là 10 mg/L, - Nồng độ Cd, As là 1 mg/L và nồng độ Mn là 4 mg/L, Điều chỉnh pH ở cỏc mức 3,0; 4,0; 5,5 và 7,0 bằng axit HNO3, kết quả thu được thể hiện trờn bảng 5 và hỡnh 3. Bảng 5. Kết quả khảo sỏt ảnh hưởng của pH đến khả năng cố định Zn, Cu, Pb, As, Cd, Mn. pH Nồng %Zn(II) %Cu(II) %Pb(II) %As(V) %Cd(II) %Mn(II) độ Fe2+ được cố được cố được cố được cố được cố ppm định định định định định 3,0 11,19 6,420 19,64 38,30 34,15 11,84 5,62 4,0 8,73 28,94 40,58 58,63 45,30 35,74 15,8 5,5 0,325 85,87 99,5 99,69 97,80 63,58 60,1 7,0 0,12 97,42 100 99,98 98,90 99,60 83,2 120 120 100 100 80 80 60 60 định Fe 40 40 Nồng độ Fe(II) Hiệu suất loại bỏ ion (%) được cố Zn Cu Pb As Cd Mn 20 20 0 0 3 4 5.5 7 pH Hình 3. Ảnh hưởng của pH đến khả năng cố định Zn, Cu, Pb, As, Cd, Mn 3.2. Kết quả nghiên cứu giải phóng KLN trong điều kiện ngập nƣớc có tích lũy 3.2.1. Sự biến thiên pH và nồng độ của các KLN trong quá trình phong hoá trên mô hình các bãi thải, quặng đuôi nghèo pyrit Nghiờn cứu quỏ trỡnh biến thiờn của pH và nồng độ cỏc KLN (Cu, Fe, Pb, Zn, As, Cd) trong điều kiện ngập nước, được tiến hành trờn thiết bị mụ phỏng như hỡnh 1 và thực hiện thớ nghiệm liờn tục trong 30 ngày đờm ở điều kiện nhiệt độ và ỏp suất thường (300C và 1 atm) với pha nước (là nước mưa tự pha cú thành phần như trong bảng 3, mục 2.3.3) luụn bóo hoà khụng khớ (DO ~ 8 mg/L). Cỏc kết quả nghiờn cứu được trỡnh bày trong bảng 6, hỡnh 4a và hỡnh 4b. Bảng 6. Sự biến thiờn pH và nồng độ cỏc KLN trong điều kiện ngập nước Ngày Fe Cu Zn Pb As Cd ppm ppm ppm ppm ppb ppb pH pha pH nước mẫu 2 2,91 0,92 0,65 0,28 10,71 7.21 6,5 4,8 6 31,75 51,30 22,12 3,26 11,74 169.30 6,5 4,5 8 38,35 44,99 21,68 3,13 9,11 165.40 6,4 4,6 10 35,67 32,18 16,91 2,98 8,96 140.20 6,1 4,7 12 24,37 13,04 9,26 1,50 8,74 64.90 6,1 4,7 14 19,35 9,87 6,34 1,23 7,65 40.50 6,0 4,8 16 19,21 3,43 4,12 0,73 7,50 28.70 5,9 4,9 20 21,26 1,67 3,72 0,79 6,80 25.90 5,9 5,1 22 18,15 1,05 3,45 0,73 6,12 24.60 5,8 5,2 24 17,67 0,73 2,95 0,62 5,67 20.10 5,8 5,3 26 17,53 0,42 2,57 0,57 5,03 18.20 5,7 5,4 28 17,47 0,32 2,56 0,56 4,99 18.10 5,7 5,5 30 17,22 0,22 2,16 0,56 3,09 17.50 5,6 5,6 Hỡnh 4a . Biến thiờn của pH và nồng độ Fe, Cu, Zn, Pb trong điều kiện ngập nước 200.00 Nồng độ Cd, As (ppb) 180.00 160.00 140.00 120.00 100.00 Cd 80.00 As 60.00 pH.10 40.00 20.00 0.00 0 5 10 15 20 25 30 35 Thời gian (ngày) Hỡnh 4b. Sự biến thiờn pH và nồng độ As, Cd trong điều kiện ngập nước 3.2.2. Sự biến thiên nồng độ của ion sunfat (SO42-) Cựng với sự biến đổi nồng độ cỏc kim loại thỡ nồng độ của ion sunfat SO4 2- cũng biến đổi theo thời gian. Kết quả được biểu thị trờn bảng 7 và hỡnh 5. Bảng 7. Biến thiờn nồng độ của SO42Ngày pH SO42- mg/l 2 4,8 175,4 6 4,5 195,6 8 4,6 193,5 10 4,7 162,3 12 4,7 161,9 14 4,8 153,6 16 4,9 140,9 20 5,1 136,7 22 5,2 132,5 24 5,3 128,3 26 5,4 124,1 28 5,5 119,9 30 5,6 103,1 pH, nồng độ sulfat (mg/l) 250 200 150 pH Sulfat 100 50 0 2 6 8 10 12 14 16 20 22 24 26 28 30 Ngày Hỡnh 5. Biến thiờn hàm lượng sunfat trong điều kiện ngập nước 3.2.3. Kết quả khảo sát các ảnh hƣởng đến quá trình phong hoá giải phóng các KLN trong điều kiện ngập nƣớc 3.2.3.1. Kết quả nghiờn cứu ảnh hưởng của pH đến sự giải phúng KLN trong điều kiện ngập nước Bảng 8. Ảnh hưởng của pH đến quỏ trỡnh giải phúng kim loại từ quặng trong điều kiện ngập nước pH Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn As Cd Pb ppb ppb mg/l ppb mg/l mg/l mg/l ppb ppb mg/l 6,5 72,22 KPH 0,32 0,73 0,664 0,114 0,189 KPH 1,75 0,06 5,0 78,44 43,96 0,50 9,22 1,386 3,164 1,543 10,12 10,48 0,34 4,0 80,13 68,91 1,09 20,14 1,669 16,871 6,587 27,31 113,4 2,01 3,0 84,89 138,9 8,41 33,45 1,789 71,608 11,010 54,63 569,79 8,77 2,0 98,77 260,4 15,8 50,14 2,012 91,671 15,561 103,4 614,56 12,66 90 80 70 Fe 60 Ni 50 Cu 40 Zn 30 Pb 20 10 0 2 3 4 5 6.5 pH Hỡnh 6a. Ảnh hưởng của pH đến quỏ trỡnh giải phúng Zn,Cu, Fe, Pb, Ni. Nồng độ Cr, Mn, Co, As, Cd (ppb) Nồng độ Fe, Ni, Cu, Zn, Pb (mg/l) 100 700 600 500 Cr 400 Mn Co 300 As 200 Cd 100 0 2 3 4 pH 5 6.5 Hỡnh 6b. Ảnh hưởng của pH đến quỏ trỡnh giải phúng Cr, Mn, Co, As, Cd. 3.2.3.1. Kết quả nghiờn cứu ảnh hưởng của ion photphat đến quỏ trỡnh giải phúng KLN trong điều kiện ngập nước Để nghiờn cứu ảnh hưởng của ion photphat đến khả năng giải phúng kim loại từ quặng pyrit, photphat được cho vào pha nước với nồng độ tương ứng cho mỗi lần thực hiện thớ nghiệm là 5 mg/l, 10 mg/l, 15 mg/l, 20 mg/l, 25 mg/l. Thớ nghiệm được thực hiện ở nhiệt độ 27±1 0C, pH 7±0,1. Quỏ trỡnh được tiến hành như mục 3.1.4. Kết quả được thể hiện trờn bảng 9, hỡnh 7a và 7b. Bảng 9. Ảnh hưởng của ion photphat đến khả năng giải phúng kim loại từ quặng Photphat Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn As Cd Pb mg/l ppb ppb mg/l ppb mg/l mg/l mg/l ppb ppb mg/l 5 89,4 74,28 2,61 7,48 0,913 5.,98 2,369 15,54 17,58 0,56 10 85,6 56,78 2,13 5,32 0,879 3,457 1,265 31,89 13,65 0,46 15 81,8 39,93 1,73 2,62 0,825 1,433 0,782 47,02 8,65 0,36 20 75,2 26,92 0,85 2,23 0,795 1,129 0,692 60,61 5,50 0,23 25 69,4 18,54 0,84 1,18 0,849 0,442 0,341 100,02 4,98 0,15 Nồng độ Fe, Ni, Cu, Zn, Pb (mg/l) 7 6 5 Fe 4 Ni Cu 3 Zn 2 Pb 1 0 5 10 15 20 25 Nồng độ photphat Hỡnh 7a. Ảnh hưởng của ion photphat đến khả năng giải phúng kim loại Fe, Ni, Cu, Zn, Nồng độ Cr, Mn, Co, As, Cd (ppb) Pb 120 100 Cr 80 Mn 60 Co As 40 Cd 20 0 5 10 15 20 25 Nồng độ photphat Hỡnh 7b. Ảnh hưởng của ion photphat đến khả năng giải phúng kim loại Cr, Mn, Co, As,Cd