Nghiên cứu khả năng giải phóng một số kim loại nặng từ các bãi thải, quặng đuôi nghèo pyrit (fes2)

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


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 (FeS
2
)” đó được lựa chọn nhằm mục đớch:
- Nghiờn cứu khả năng phong húa giải phúng KLN từ quặng đuụi nghốo FeS
2
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:
S
2-
+ 4H
2
O → SO4
2-
+ 8H
+
+ 8e (E0 = 0,16V)
MS + 2O

2
→ RSO
4
M – kim loại
Trong phức [SO4
2-
], S di chuyển mạnh. Nếu gặp mụi trường khử, dạng sunfat sẽ bị khử
thành H
2
S. Cả dạng (S
+6
) và dạng sunfua (S
2-
) trong mụi trường Eh thớch hợp cú thể chuyển
thành lưu huỳnh tự sinh (S
2-
). Vỡ mụi trường phong húa chủ yếu là oxi húa nờn dạng tồn tại
chĩnh cảu S là (S
+6
) SO4
2-
và HSO4
-
.
1.2.2.2. Quá trình oxy hóa quặng pyrit.
Đối với pyrit xảy ra theo sơ đồ sau:
2FeS
2
+ 4O
2

+ 2H
2
O = 2FeSO
4
+ 2H
2
SO
4

Với sự cú mặt của O
2
, FeSO
4
khụng bền vững và sẽ bị biến đổi theo phản ứng sau:
4FeSO
4
+ 2H
2
SO
4
+ O
2
= 2Fe
2
(SO
4
)
3
+ 2H
2

O
Trong mụi trường nước mang tớnh axit yếu, Fe
2
(SO
4
)
3
dễ dàng bị thủy phõn tạo hydroxyt
theo phản ứng:
Fe
2
(SO
4
)
3
+ 4H
2
O = 2Fe(OOH) + 3H
2
SO
4

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 Cu

2+
, As
3+
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
+
→ M
2+
+ H
2
S
MS + 2O
2
+ 2H
+
→ M
2+
+H
2
SO
4
2MS + 2Fe
2
(SO
4
)
3

+ 2H
2
O + 3O
2
→ 2MSO
4
+ 4FeSO
4
+ 2H
2
SO
4
(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
(FeS
2
) 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,
xuất xứ Cộng hoà Liên bang Đức
Nước cất cho nghiên cứu
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
instruments, Phần Lan
Xỏc định pH
Bảng 2. Danh mục hoỏ chất cần thiết cho nghiờn cứu
TT
Tờn hoỏ chất
Mục đớch
1
HNO
3

Phỏ mẫu, điều chỉnh pH, axit hoỏ mẫu
2
NaOH
Điều chỉnh pH
3
HCl
Làm sạch cỏt


4
KNO
3

Pha nước mưa, xỏc định hàm lượng sunfat
4
Na
2

SO
4

Pha nước mưa, xỏc định hàm lượng sunfat
5
MgCl
2
.6H
2
O
Pha nước mưa
6
(NH
4
)
2
SO
4

Pha nước mưa
7
CaCl
2
.2H
2
O
Pha nước mưa, xỏc định hàm lượng sunfat
8
NaHCO
3

Pha nước mưa
9
FeSO
4

Xỏc định khả năng hấp phụ của Fe(OH)
3

10
Pb(NO
3
)
2

Xỏc định khả năng hấp phụ của Fe(OH)
3

11
Cu(CH
3
COO)
2
.H
2
O
Xỏc định khả năng hấp phụ của Fe(OH)
3

12

H
3
AsO
4

Xỏc định khả năng hấp phụ của Fe(OH)
3

13
CdSO
4
.2H
2
O
Xỏc định khả năng hấp phụ của Fe(OH)
3

14
ZnSO
4

Xỏc định khả năng hấp phụ của Fe(OH)
3

15
CH
3
COOH
Pha dung dịch đệm xỏc định hàm lượng sunfat
16

CH
3
COONa
Pha dung dịch đệm xỏc định hàm lượng sunfat
17
Ba(NO
3
)
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

1
2
3
4
5
6
A
B
C
Ghi chú
1. Cột chứa cát trộn quặng
pyrit sẳt

2. Vỏ bảo ôn
3. Van lấy mẫu
4. Bể chứa dung dị ch nước
mô phỏng nước mưa
5. Máy thổi không khí
6. Bơm nước
A. Lớp sỏi chặn trên
B. Lớp quặng pyrit trộn với
cát thạch anh
C. Lớp sỏi chặn dưới

Hình 1. Thiết bị cho quá trình phong hoá giải phóng kim
loại trong điều kiện ngập nước






Bảng 3. Thành phần nước mưa tự pha [12]
Thành phần
Ca
2+

Mg
2+

K
+

Na
+

Cl
-

HCO
3
-
NO
3
-

SO
4
2-

NH
4
+

Nồng độ (mg/L)
5,6
2,7
4,1
4,4
9,2
18,3
4,44
3,29

0,75

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 O
2
, 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.
[Fe
2+
] ban
đầu
(ppm)
% Zn(II)
được cố
định
% Cu(II)
được cố
định
% Pb(II)
được cố
định
% As(V)
được cố
định

%Cd(II)
được cố
định
%Mn(II)
được cố
định
10
82,12
97,8
99,45
94,62
61,63
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

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 HNO
3
, 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)
0

20
40
60
80
100
120
10 15 20 25
Nồng độ Fe(II) ban đầu
Hiệu suất tách loại
Zn
Cu
Pb
As
Cd
Mn


độ Fe
2+

ppm
được cố
định
được cố
định
được cố
định
được cố
định
được cố

định
được cố
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


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 (30
0
C 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.
0
20
40
60
80
100
120
3 4 5.5 7
pH
Hiệu suất loại bỏ ion (%)
0
20

40
60
80
100
120
Nồng độ Fe(II)
Fe
Zn
Cu
Pb
As
Cd
Mn


Bảng 6. Sự biến thiờn pH và nồng độ cỏc KLN trong điều kiện ngập nước
Ngày
Fe
ppm
Cu
ppm
Zn
ppm
Pb
ppm
As
ppb
Cd
ppb
pH pha

nước
pH
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


Hỡnh 4b. Sự biến thiờn pH và nồng độ As, Cd trong điều kiện ngập nước
0.00
20.00
40.00
60.00
80.00
100.00
120.00
140.00
160.00
180.00
200.00
0 5 10 15 20 25 30 35
Nồng độ Cd, As (ppb)
Thời gian (ngày)
Cd
As
pH.10


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 SO

4
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 SO
4
2-


Ngày
pH
SO
4
2-
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



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
ppb
Mn
ppb
Fe
mg/l
Co
ppb
Ni
mg/l
Cu
mg/l
Zn
mg/l
As
ppb
Cd
ppb
Pb
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
0
50
100
150
200
250
2 6 8 10 12 14 16 20 22 24 26 28 30
Ngày
pH, nồng độ sulfat (mg/l)

pH
Sulfat





Hỡnh 6a. Ảnh hưởng của pH đến quỏ trỡnh giải phúng Zn,Cu, Fe, Pb, Ni.


0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
2 3 4 5 6.5
pH
Nồng độ Fe, Ni, Cu, Zn, Pb (mg/l)
Fe
Ni
Cu
Zn
Pb
0

100
200
300
400
500
600
700
2 3 4 5 6.5
pH
Nồng độ Cr, Mn, Co, As, Cd (ppb)
Cr
Mn
Co
As
Cd


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
0
C, 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
mg/l

Cr
ppb
Mn
ppb
Fe
mg/l
Co
ppb
Ni
mg/l
Cu
mg/l
Zn
mg/l
As
ppb
Cd
ppb
Pb
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






Hỡnh 7a. Ảnh hưởng của ion photphat đến khả năng giải phúng kim loại Fe, Ni, Cu, Zn,
Pb

Hỡnh 7b. Ảnh hưởng của ion photphat đến khả năng giải phúng kim loại Cr, Mn, Co,
As,Cd
0
1
2
3

4
5
6
7
5 10 15 20 25
Nồng độ photphat
Nồng độ Fe, Ni, Cu, Zn, Pb (mg/l)
Fe
Ni
Cu
Zn
Pb
0
20
40
60
80
100
120
5 10 15 20 25
Nồng độ photphat
Nồng độ Cr, Mn, Co, As, Cd (ppb)
Cr
Mn
Co
As
Cd


3.3. Kết quả nghiên cứu giải phóng KLN trong điều kiện xung có tích lũy

3.3.1. Sự biến thiên pH và nồng độ các ion KLN trong quá trình phong hoá trên mô hình
bãi thải, quặng đuôi nghèo pyrtit trong điều kiện xung
Để nghiờn cứu khả năng giải phúng cỏc KLN từ bói thải, quặng đuụi nghốo pyrit trong
điều kiện xung, thớ nghiệm được tiến hành như mục 2.3.4 trong 23 ngày đờm ở nhiệt độ 30
0
C.
Kết quả khảo sỏt sự biến thiờn pH và nồng độ cỏc ion kim loại khảo sỏt được thể hiện trờn bảng
10, hỡnh 8a và 8b.


Hỡnh 8a. Biến thiờn của pH và nồng độ cỏc của cỏc kim loại Fe, Cu, Zn, Pb trong điều kiện
xung

0
100
200
300
400
500
600
1 2 3 4 5 7 8 9 10 11 12 14 15 16 17 18 19 21 22 23
Ngày
pH,nồng độ Fe, Cu, Zn, Pb (mg/l)
pH
Fe
Cu
Zn
Pb

Hình 8b. Biến thiên nồng độ của các kim loại Mn, Co, Ni, As, Cd, Cr trong điều kiện
xung3.3.2. Sự biến thiên nồng độ ion sunfat trong điều kiện xung
Cựng với sự biến đổi nồng độ cỏc kim loại, thỡ nồng độ của anion SO
4
2-
cũng biến đổi
theo thời gian. Kết quả được biểu thị trờn bảng 11 và hỡnh 9.
Bảng 11. Biến thiờn nồng độ ion sunfat trong điều kiện xung
Ngày
pH
SO
4
2-
(mg/l)
1
5,3
312
2
5,1
325
3
4,8
338
4
4,7
345
5
4,5

350
7
3,8
373,75
8
4,0
384
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
1 2 3 4 5 7 8 9 10 11 12 14 15 16 17 18 19 21 22 23
Ngày
Nồng độ Mn, Co, Ni, As, Cd, Cr (ppb)
Mn
Co
Ni
As
Cd
Cr


9
3,9

389
10
3,8
389
11
3,7
399
12
3,6
486,75
14
3,3
533
15
3,5
466,25
16
3,3
553,5
17
3,2
630,75
18
3,1
923,75
19
3,0
1024
21
1,9

2440
22
2,1
1289
23
2,1
1637

Hỡnh 9. Biến thiờn nồng độ ion sunfat trong điều kiện xung
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
1 2 3 4 5 7 8 9 10 11 12 14 15 16 17 18 19 21 22 23
Ngày
pH, nồng độ sulfat (mg/l)
pH
Sulfat


3.4. So sánh khả năng giải phóng KLN từ hai điều kiện phong hóa bãi thải, quặng đuôi
nghèo pyrit
Trờn cơ sở kết quả nghiờn cứu của hai điều kiện phong hoỏ quặng pyrit ngập nước và xung
nước, sử dụng cỏc số liệu trong 22 ngày đầu để so sỏnh khả năng giải phúng từng kim loại từ hai
điều kiện phong hoỏ này cho cỏc số liệu như sau:
* Đồng
Ngày

2

8

10
12
14
16
22
Điều kiện
Ngập nước
0,917
44,99
32,18
13,04
9,87
3,43
1,05
Xung
4,23
25,81
26,17
32,07
65,74
70,28
136,55
* Sắt
Ngày
2
8

10
12
14
16
22
Điều kiện
Ngập nước
2.911
31,75
35,67
24,37
19,35
19,21
18,15
Xung
1,1
3,371
4,75
8,193
8,7
19,87
232,62
* Kẽm
Ngày
2
8

10
12

14
16
22
Điều kiện
Ngập nước
0,645
21,68
16,91
9,267
6,34
4,12
3,448
Xung
2,43
10,15
10,5
12,15
21,28
21,16
48,53
* Chỡ
Ngày
2
8

10
12
14
16
22

Điều kiện
Ngập nước
0,276
3,129
2,981
1,502
1,231
0,734
0,736


Xung
1,32
4,01
4,16
4,62
7,05
6,34
1,65
* Mangan
Ngày
2
8

10
12
14
16
22
Điều kiện

Ngập nước
76,95
435,07
411,27
356,49
312.,6
209,13
169,7
Xung
92,9
175,1
191,2
204
318,3
298,9
614,3
* Coban
Ngày
2
8

10
12
14
16
22
Điều kiện
Ngập nước
3,54
83,16

56,78
32,84
27,85
13,88
12,48
Xung
16,58
33,61
38,04
40,14
62,22
69,89
303,74
* Niken
Ngày
2
8

10
12
14
16
22
Điều kiện
Ngập nước
59,38
57,32
57,01
56,93
40,12

36,78
15,67
Xung
39,65
50,25
89,50
124,64
112,14
156,89
344,74
* Asen
Ngày
2

8

10
12
14
16
22
Điều kiện
Ngập nước
10,71
9,11
8,96
8,74
7,65
7,5
6,12

Xung
KPH
6,52
16,56
18,32
19,01
21,46
90,84
* Cadimi
Ngày
2

8

10
12
14
16
22
Điều kiện