LUẬN VĂN CÔNG NGHỆ HÓA ĐIỀU CHẾ CHẤT HẤP PHỤ PHOSPHAT TỪ BÙN ĐỎ CỦA NHÀ MÁY HÓA CHẤT TÂN BÌN

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH
ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN − KHOA HÓA
BỘ MÔN HÓA VÔ CƠ & ỨNG DỤNG
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
Đề tài:
ĐIỀU CHẾ CHẤT HẤP PHỤ
PHOSPHAT TỪ BÙN ĐỎ
CỦA NHÀ MÁY HÓA CHẤT TÂN BÌNH
GVHD: TS NGUYỄN QUỐC CHÍNH
SVTH: NGUYỄN TRẦN HỒNG CHÂU
MSSV: 0614018
-2010-
Lời mở đầu
Phospho là một trong ba thành phần dinh dưỡng chính trong nông
nghiệp nhưng đồng thời cũng là nguyên nhân gây ô nhiễm môi trường nước.
Nông nghiệp, công nghiệp và các họat động khác của con người là nguồn sinh
ra phosphate trong tư nhiên. Để lọai bỏ phosphate từ nước thải đã có nhiều
phương pháp đã được áp dụng. Các phương pháp được sử dụng bao gồm
phương pháp sinh học, đồng kết tủa, hấp phụ và trao đổi ion. Trong những
năm gần đây, người ta chú ý đến việc phát triển những chất hấp phụ có chi phí
thấp và hiệu quả từ các chất thải công nghiệp. Nếu những chất hấp phụ có chi
phí sản xuất thấp có thể phát triển sẽ góp phần giải quyết được vấn đề ô nhiễm
môi trường và sẽ có nhiều lợi ích về kinh tế.
Bùn đỏ là chất thải được hình thành trong quá trình sản xuất alumina.
Đây là vật liệu có tính kiềm cao pH=10-12.5. Mỗi tấn alumina được sản xuất
có khoảng 1-2 tấn bùn đỏ thải ra. Do có tính kiềm cao và sự có mặt của các
hóa chất gây hại. Chất thải này là nguyên nhân gây ô nhiễm môi trường cho
nên việc xử lý bùn đỏ là một yêu cầu được đặt ra đối với nhà máy sản xuất
alumina.
Trong đề tài này chúng tôi khảo sát quá trình xử lý bùn đỏ thành vật liệu
có khả năng hấp phụ ion phosphate trong nước.

2
Lời cảm ơn
Em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Quốc Chính đã tận tình
hướng dẫn em hoàn thành tốt khoá luận tốt nghiệp.
Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong bộ môn hoá vô cơ và
ứng dụng, cùng các bạn sinh viên khoá 06 vô cơ cùng toàn thể các anh
chị cao học đã hỗ trợ em trong thời gian hoàn thành khoá luận này.
3
MỤC LỤC
4
Danh mục hình vẽ:
Hình 1: Quy trình sản xuất alumin theo phương phá Bayer 15
Hình 2: Sơ đồ xử lý bả thải của nhà máy hóa chất Tân Bình 17
Hình 3: Sơ đồ ứng dụng của bùn đỏ 21
Hình 4:Giản đồ phân ích nhiệt TG và DTA của mẫu bùn đỏ đã xử lý axit 39
Hình 5: Giản đồ nhiễu xạ tia X của các mẫu bùn đỏ xử lý ở các
nhiệt độ khác nhau 40
Hình 6: Đồ thị đường chuẩn của đường đẳng nhiệt hấp phụ 41
Hình 7: Đường đẳng nhiệt hấp phụ 42
Hình 8: Đường đẳng nhiệt theo Langmuir 42
Hình 9: Đường đẳng nhiệt theo Freundlich 43
Hình 10: Đồ thị hấp phụ phosphat của các mẫu xử lý bằng acid 44
Hình 11: Đồ thị đường chuẩn phospho khi khảo sát nhiệt độ nung 46
Hình 12: Đồ thị tổng hợp các mẫu 0.25M 47
Hình 13: Đồ thị tổng hợp các mẫu 0.5M 48
Hình 14: Đồ thị tổng hợp các mẫu 1.0M 49
Hình 15: Đồ thị tổng hợp các mẫu 1.5M 50
Hình 16: Đồ thị tổng hợp các mẫu 2.0M 51
Hình 17: Đồ thị đường chuẩn theo pH 52
Hình 18: Đồ thị khảo sát ảnh hưởng của pH 53

5
6
1. Tổng quan
1.1 Giới thiệu sơ lược về nhà máy hóa chất Tân Bình
Nhà máy hóa chất Tân Bình được xây dựng năm 1969 của tư nhân Đài Loan.
Nhà máy sản xuất các sản phẩm là: axit sulfuric, phèn đơn. Năm 1973 nhà máy sản
xuất thêm hyroxit nhôm. Hiện nay nhà máy được sự quản lý của công ty hóa chất cơ
bản miền Nam.
1.2 Quặng Bauxit
Quặng Bauxit được tìm thấy đầu tiên ở thành phố Baux của pháp vào năm
1821. Và ngày nay cùng với sự phát triển mạnh mẽ của ngành công nghiệp nhôm
người ta đã tìm thấy quặng bauxit ở nhiều nơi trên thế giới
Bảng 1 Thành phần khoáng của quặng Bauxit
Khoáng Thành phần khóang vật Công thức hóa học
Nhôm Diaspo
Boehmit
Gibsit
AlOOH
AlOOH
Al(OH)
3
Sắt Goethit
Hemantit
Ilmenit
Titanomagnetit
α-FeOOH
α-Fe
2
O
3

FeTiO
3
Silic Thạch anh
Kaolinit
Quartz
α-SiO
2
Al
2
O
3
.2SiO
2
.2H
2
O
Titan Rutil
Anataz
Ilmrnit
TiO
2
TiO
2
FeTiO
3
Ngoài ra còn có các nguyên tố vi lượng khác như: Mg , Ca, V, Mn, Ni, Cr, Cu,
Sn, Zn,Pb, Ga, Nb,…
Các nguyên tố silic, sắt, titan thường có trong quặng Bauxit với một hàm
lượng đáng kể. Silic là nguyên tố có hại cho quy trình Bayer. Silic tạo với nhôm
trong môi trường kiềm các hợp chất alumosilicat ít tan trong dung dịch kiềm, làm

giảm một lượng nhôm và làm mất lượng kiềm đáng kể. Ở một mức độ nào đó thì sắt
cũng có ảnh hưởng xấu đến việc sử dụng phương pháp Bayer, sắt trong Bauxit chủ
yếu nằm trong khóang Geothit, khoáng này có khả năng hấp phụ kiềm cao, làm tổn
thất kiềm và tăng chi phí công đoạn rửa bùn thải.
Nhìn bề ngòai Bauxit có thể khác nhau, thông thường Bauxit có màu đỏ, khá
cứng. Đôi khi cũng gặp bauxit có màu trắng, vàng, xanh thẫm và các màu khác. Màu
đỏ chứng tỏ hàm lượng sắt oxit cao, khi hàm lượng sắt oxit thấp thì Bauxit có màu
xám hoặc trắng.
Thông thường thì thành phần hóa học của Bauxit dao động trong một giới hạn
rộng, kể cả hàm lượng Al
2
O
3
cũng như hàm lượng các cấu tử khác. Trong bauxit hàm
7
lượng Al
2
O
3
và modul silic càng lớn thì chất lượng Bauxit càng tốt, trong bauxit lọai
tốt nhất thì hàm lượng Al
2
O
3
khoảng 50% hoặc cao hơn và modul silic lớn hơn 10.
1.3 Bauxit Việt Nam[2]
Giới thiệu về quặng bauxit Laterit MNVN: Bauxit Miền Nam Việt Nam là sản
phẩm phong hóa Bazan tươi tuổi Plioxen -Pleistoxen (N
2
-Q

1
).
1.3.1 Điều kiện hình thành
Quá trình phong hóa tạo các sản phẩm tàn dư có tỉ số hàm lượng Al
2
O
3
/SiO
2
đạt giá trị lớn hơn 1. Các sản phẩm tạo nên do quá trình này gọi là sản phẩm Laterit.
Tùy thuộc vào thành phần đá mẹ và tuổi tạo thành mà có thể phân chia các Laterit ra
làm 3 loại
1. -Alferit
2. -Ferit
3. -Frosialit
Vỏ phong hóa Laterit chứa tầng sản phẩm afferit giàu hyroxit nhôm tự do,
phát triển gắn liền với quá trình phong hóa đá Bazan tuổi Pliocen muộn - Pleistocen
sớm N
2
-Q
2
.
Trong mỗi thời kì tạo vỏ trái đất và trên mỗi lọai đá mẹ khác nhau có những
thành phần tạo vỏ với những khoáng vật đặc trưng khác nhau. Trong các vỏ Laterit
chứa bauxit là : Gibsit- Kaolinite, Gibsite- Kaolinite- Gothite, với một ít Boehmite,
Diaspore.
1.3.2 Điều kiện tự nhiên
Trong khu vực Đông Nam Á bazan kainozoi phân bố chủ yếu ở Việt Nam. Do
có khí hậu rất thuận lợi nên Việt Nam rất phát triển vỏ phong hóa lọai này. Việt Nam
nằm trong khu vực nhiệt đới ẩm. Có vị trí địa lý khá đặc biệt diện tích co hẹp kéo dài

theo phương kinh tuyến, địa hình phức tạp lại chịu ảnh hưởng của gió mùa đông bắc
và gió mùa đông nam nên Việt Nam có nhiều miền, nhiều vùng địa lý khác nhau về
khí hậu, thủy văn, thảm thực vật. Đối chiếu với đặc điểm khí hậu phong hóa Laterit
của thế giới, với tiêu chuẩn khí hậu phong hóa Laterit, ta thấy rằng khí hậu ở các
vùng có lớp phủ bazan koinozoi của Việt Nam cũng thuận lợi cho quá trình phong
hóa Laterit.
1.3.3 Địa hình
-Bề mặt địa hình cổ phải tương đối bằng phẳng với độ nghiên không quá 5
o
.
Và các bề mặt này bước đầu bị phân cắt bởi các mạng suối với các vách sâu khoảng
01-15m hoặc hơn nữa.
-Độ cao tuyệt đối của các bề mặt bazan cổ vào lúc tạo Bauxit Laterite dao
động trong khoảng từ vài chục tới 1000m.
-Vỏ phong hóa Laterite thường phân bố ở địa hình có vùng lượn sóng dạng bát
úp, điều kiện thoát và trao đổi nước thuận lợi, mực nước ngầm ở sâu.
8
1.3.4 Cấu tạo vỏ phong hóa Bauxit Laterite:
Độ dày của đới phong hoá thay đổi từ vài 3m đến 30-50m tùy thuộc vào đặc
điểm tự nhiên của từng vùng. Bề dày lớp vỏ phong hóa Bauxite Laterite trên cao
nguyên Bảo Lộc là 8m, bề dày của các thành tạo Bauxite biến động từ 1.5-5.5m
(trung bình 3.5m).
1.3.4.1 Đá bazan tươi
chiều dày từ 0-10m.
Sự phong hóa yếu, bazan chủ yếu bị nứt vỡ cơ học và bị oxy hóa bởi oxy
không khí.
Oxit Al
2
O
3

Fe
2
O
3
FeO TiO
2
SiO
2
% khối lượng 14-17 4-6 4-7 1.8 49
1.3.4.2 Đới Sapolit
Chiều dày 0-10m
Đặc trưng bởi sự phong hóa của các khóang sẫm màu chứa sắt : Olivin và
Pyroxen . Trong quá trình Laterite hóa hợp chất sắt hóa trị (II) chuyển thành hóa trị
(III) bền vững hơn.
Thành phần của đới này là :
Oxit Al
2
O
3
Fe
2
O
3
FeO TiO
2
SiO
2
% khối lượng 18-2- 15-20 0.4-1.2 - 46-53
Trong giai đọan phân hủy đá gốc và tạo thành đới Litoma thì Na, Ca, Mg, K bị
mang đi hầu hết (94.5- 99.5%) so với đá gốc. Ở giai đọan này Ca, Ni, Mn, Si cũng bị

di chuyển mạnh và bị mang đi nhiều (61-90%) so với đá gốc, còn Cr, Mn bị mang đi
ít hơn hẳn. Riêng Al, Fe, Ti, Zn thì hầu như không bị mang đi, mang đến.
1.3.4.3 Đới Litoma
Chiều dày 0-30m, ở những chỗ thoát nước kém đới Litoma dày hơn
Oxit Al
2
O
3
Fe
2
O
3
FeO TiO
2
SiO
2
% khối lượng 28-35 21-23 1 1-4 30-35
Thành phần chủ yếu của khoáng này là Kaolinite, Goethite. Bên cạnh đó, còn
có một lượng nhỏ Hematite và Alumogoethite. Phần trên đới xuất hiện Gibbsite tạo
thành lớp dày từ vài centimet đến vài mét.
9
1.3.4.4 Đới Bauxite
Chiều dày 0-13 m
Khoáng vật chủ yếu của đới Bauxite là Gibbsite, Goethite, Alumogoethite,
hemantite, Ilmennite. Ngòai ra còn có một lượng nhỏ các khoáng Anatas, Rutile,
Quartz, Kaolinite, Titanomanhetite,….
Oxit Al
2
O
3

Fe
2
O
3
FeO TiO
2
SiO
2
% khối lượng 30-41 26-35 1.10-1.02 1-5 0.8-8.2
Khối lượng mang đi của các nguyên tố giảm hẳn: Na, K, Mg, Ca hầu như
không bị mang đi, hoặc mang đến. Si tiếp tục mang đi với cường độ như ở giai đọan
trước. Lượng Fe, Ti, Zr trong giai đọan này biến đổi nhỏ (6%). Al được mang đi
nhiều nhất (160-200g/dm
3
).
Như vậy giai đọan Laterite đặc trưng chủ yếu bởi sự magn đi của Si và mang
đến của Al sự tạo thành Gibbsite.
1.3.4.5 Đới thổ nhưỡng
Trong quá trình tạo thành đới thổ nhưỡng do có sự tham gia của các vi sinh vật
và sự tác động của các vật chất hữu cơ mà đặc điểm mang đi hoặc mang đến của các
nguyên tố là khác nhau trong các giai đọan phong hóa.
Oxit Al
2
O
3
Fe
2
O
3
FeO TiO

2
SiO
2
% khối lượng 30,5 27.4 - 5.4 15
Trong quá trình này Si được mang đến (192%) so với đới dưới còn Al, Fe bị
mang đi (45%). Ca, Mg, K được mang đến với mức độ đáng kể.
Ở Việt Nam người ta tìm thấy quặng bauxit ở nhiều nơi như: Bảo Lộc, Di
Linh, Tân Rai, Lâm Đồng,… với trữ lượng lớn.
Hàm lượng các nguyên tố chính trong quặng Bauxit Laterit miền Nam Việt
Nam: Al
2
O
3
=35-55%; SiO
2
=0.1-15%; Fe
2
O
3
=13-30%; TiO
2
=3.2-4.9%. Hàm lượng
khoáng vật: Gibsit=50-70%; Goethit và hemantit=25-30%; Kaolinit=15%. Bauxit
Laterit miền nam Việt Nam thuộc lọai có hàm lượng sắt cao, có nhiều nguyên tố phụ
như: Mg, Ca, Mn, K, Na, V, Ga, P,S, Cr, Zn, Ba với hàm lượng 10
-5
–10
-1
%.
Theo một vài khảo sát cho thấy thành phần nguyên tố chính trong quặng

Bauxit Laterit miền Nam Việt Nam như sau:
Các nghiên cứu thành phần hóa học và thành phần khoáng vật học
Bauxit Laterit miền nam Việt Nam cho thấy nó thích hợp với phương pháp Bayer.
10
Bảng 2: Thành phần nguyên tố chính có trong quặng Bauxit Laterit:
Nguyên tố Al
2
O
3
Fe
2
O
3
SiO
2
TiO
2
MNK
Thành phần % 47,32 20,93 1,28 3,62 25,28
Phần lớn khoáng nhôm miền Nam Việt Nam trong Bauxit ở dạng Gibsit, là
khoáng dễ tan trong môi trường kiềm tạo dung dịch aluminat. Đặc biệt là khi đun
nóng và nồng độ kiềm cao, còn các khoáng Diaspo và Boehmit khó tan hơn.
1.3.5 Tiêu chuẩn đánh giá kinh tế kĩ thuật các mỏ quặng
Khi đánh giá giá kinh tế mỏ quặng bất kì, ngoài việc trữ lượng quặng còn có
các vấn đề sau đây:
1. Hàm lượng Al
2
O
3
trong quặng.

2. Lọai và thành phần các khóang vật của nhôm trong quặng.
3. Phương pháp thu hồi Al
2
O
3
từ các khóang vật này phức tạp không.
4. Hàm lượng các khóang khác có trong quặng.
5. Điều kiện địa tầng cuả quặng.
6. Điều kiện địa lý cuả vùng.
Ứng dụng của Bauxit: Bauxit không những dùng trong ngành công nghiệp
điều chế nhôm, mà còn dùng để sản xuất Corundum nhân tạo, ximăng alumin, gạch
chịu lửa, một ít bauxit sẽ làm tăng độ chảy loãng của xỉ, tạo điều kiện thuận lợi để
khử photpho và lưu huỳnh trong thép. Gần đây Bauxit còn được sử dụng rộng rãi để
sấy khí, dùng làm chất hấp phụ khi tinh lọc các sản phẩm dầu lửa khỏi các tạp chất
nhuộm màu, và đặc biệt là dùng để khử lưu huỳnh trong dầu lửa rất tốt.
Ở một số nước người ta sản xuất sơn khoáng vật màu đỏ từ Bauxit, trong
trường hợp này khoáng vật Hemantit là thành phần có ích.
1.4 Công nghệ Bayer[6,7,8]
1.4.1 Sơ lược về phương pháp Bayer
K.I. Bayer (người Áo) tìm ra năm 1887.
Phương pháp Bayer là một phương pháp sản xuất alumin có nhiều ưu điểm:
1. Lưu trình đơn giản.
2. Thực hiện hoàn toàn ở pha nước.
3. Nhiệt độ hòa tách không cao (khoảng 130
o
C đối với khoáng Gibsit).
4. Sử dụng tuần hòan chất phản ứng (kiềm costic).
5. Chất lượng sản phẩm tốt giá thành hạ.
Nhưng có nhược điểm là: Chỉ dùng khi Bauxit có phẩm vị tốt mới có lợi về kinh tế.
1.4.2 Các khâu chủ yếu của quy trình Bayer

1. Hoà tách Bauxit
2. Khuấy phân hoá dung dịch.
3. Nung nhôm hydroxyt.
4. cô dung dịch cái.
5. Caustic hoá.
11
1.4.3 Họat động của quy trình Bayer
Bauxit sau khi nghiền được trộn với một lượng vôi (nếu là Bauxit Diaspo).
Hỗn hợp được đưa vào máy nghiền ướt cùng với dung dịch tuần hoàn tạo thành
huyền phù. Huyền phù được tải vào bể chứa, tại đây gia nhiệt đến 100
o
C trong vài
giờ. Trong quá trình gia nhiệt, huyền phù được khuấy trộn liên tục để SiO
2
có thể
tương tác với alumin tạo thành alumosilicat không tan (tránh đóng cặn trong thiết bị).
Sau đó huyền phù được bơm liên tục qua thíết bị nung nóng để đi vào một dãy
các nồi hấp nối tiếp nhau. Quá trình hòa tách xảy ra trong các nồi hấp này, từ nồi hấp
cuối, huyền phù chảy vào bể khuấy để pha loãng bằng nước.
Dung dịch pha loãng được lắng và tách cặn đỏ ở 90-100
o
C. Cặn đỏ được rửa
nước nhiều lần trước khi chuyển vào bể chứa, nước rửa được đưa lại quá trình pha
loãng huyền phù.
Dung dịch sau khi tách cặn đỏ được làm nguội đến 70
o
C, sau đó đưa vào máy
khuấy, nhiệt độ sẽ giảm dần đến khoảng 40
o
C, khi đó khoảng 50% Al

2
O
3
.2H
2
O sẽ
tách ra. Kết tủa được rửa sạch rồi nung để thu được sản phẩm cuối là Al
2
O
3
.
Dung dịch cái còn lại được cô đặc và loại bớt Na
2
CO
3
bằng vôi sữa rồi trở lại
làm dung dịch tuần hoàn.
12
Hình 1: Quy trình sản xuất alumin theo phương phá Bayer.
13
Bauxit
(Nghiền nhỏ)
Hòa tách trong
Autoclave
Vôi
(1% khối lượng
quặng)
NaOH
Bùn quặng
Lắng–Lọc

Dung dịch NaAlO
2
Khuấy phân hóa
Al(OH)
3
Nung
Al
2
O
3
Cặn đỏ Rửa thải
Bùn đỏ
Cô đặc và
caustic hóa
Dung
dịch cái
Phương pháp Bayer thực chất là phương pháp dùng NaOH để hòa tách chọn
lọc các khoáng vật có trong Bauxit ở nhiệt độ thấp áp suất cao. Quá trình này là một
bước làm sạch trong đó nhôm hyroxyt được hoà tan vào trong dung dịch và tách ra
khỏi tạp chất, các khoáng vật khác không tan trong kiềm chuyển thành dạng kết tủa
keo lắng xuống đáy thiết bị và nằm lại trong bã thải. Dung dịch aluminat được tách ra
khỏi bã thải, sau đó pha loãng và giữ ở một nhiệt độ xác định để nhôm hyroxyt tách
ra.
Dung dịch kiềm sau khi đã tách nhôm được cô đặt và bổ sung NaOH tiêu hao
trong quá trình phản ứng và lại được dùng để chiết nhôm từ quặng bauxit.
1.4.4 Sự biến đổi khoáng trong quá trình hòa tách alumin
1.4.4.1 Khoáng silic
Silic oxit hòa tan trong dung dịch kiềm:
SiO
2

+ 2NaOH = Na
2
SiO
2
+ H
2
O.
Mức độ hòa tan phụ thuộc nhiều vào: kích thước hạt, nồng độ kiềm và nhiệt độ
dung dịch hòa tách. Silic oxit vô định hình, các gel oxit silic hòa tan nhanh hơn so
với oxit kết tinh (thạch anh, tridimit, …).
Theo Lunge và Milberg thì thạch anh nghiền mịn hoà tan khá nhanh trong
dung dịch kiềm caustic nóng và cả trong dung dịch Natricarbonat.
Khi hòa tách Bauxit có thêm vôi, canxi oxit thế chỗ natri oxit tạo thành
hydrogranat làm giảm lượng kiềm tiêu hao trong quá trình.
xNa
2
O.yAl
2
O
3
.zSiO
2
.tH
2
O + Ca(OH)
2
= CaO.yAl
2
O
3

.zSiO
2
.tH
2
O + 2xNaOH.
1.4.4.2 Khoáng Titan
Khi hoà tách Ilmenit là khoáng vật trơ.
Theo Mazel, Titan ở dạng TiO
2
khi hòa tách thì tạo thành Natrimetaltitanat:
TiO
2
+ NaOH = NaHTiO
3
.
Nhưng nếu thêm vôi thì sẽ tạo thành Canxititanat.
TiO
2
+ 2CaO = TiO
2
.2CaO.nH
2
O.
Khi có mặt SiO
2
thì TiO
2
tác dụng với dung dịch kiềm tạo thành hợp chất mới
Na
2

O.2TiO
2
.2SiO
2
. Đây là ý kiến cho rằng sự hấp kiềm của TiO
2
chứ không tạo
thành hợp chất canxititanat.
1.4.4.3 Khoáng sắt
Sắt oxit thực tế không tan khi hòa tách Bauxit bằng kiềm. Nhưng nếu sắt oxit
có nhiều trong Bauxit thì có ảnh hưởng xấu đến quá trình tách rửa bùn đỏ. Trong
Bauxit sắt có thể trong thành phấn tồn tại nhiều khoáng vật khác nhau, mà mỗi
khoáng vật có ảnh hưởng theo nhiều cách khác nhau, ví dụ:
Sắt oxit không ngậm nước (Fe
2
O
3
) thường gặp nhất trong Bauxit, không tác
dụng với dung dịch kiếm khi hóa tách.
Hyrohemantit (Fe
2
O
3
.nH
2
O): bị mất nước ở nhiệt độ 100-200
o
C và khi hòa
tách thì chuyển thành oxit không ngậm nước kèm theo sự phân rã thành nhiều hạt bé.
Sau đó Fe

2
O
3
không thay đổi cho đến cuối quá trình rửa cặn đó
14
Limonnit(hyrogeothit): FeOOH.nH
2
O và Geothit (FeOOH) hoàn toàn được
khử nước khi hoà tách nhưng trong điều kiện lắng và rửa cặn bùn đỏ lại xảy ra quá
trình ngược lại, kèm theo sự nở và tạo thành sắt oxit hydrat hóa.
Càng có nhiều khoáng vật sắt trong Bauxit thì càng có nhiều cặn đỏ và tiêu
hao lượng kiềm càng lớn, vì kiềm bị hấp phụ bởi các khoáng sắt khó rửa bằng nước
nóng. Tóm lại sắt oxit không tác dụng với NaOH nên nằm lại trong bùn đỏ.
Với quặng Bauxit có hàm lượng sắt cao, người ta không xử lý bằng NaOH như
Bayer vì sẽ tiêu hao nhiều kiềm trong bùn đỏ. Nguời ta sẽ thiêu kết Bauxit với
Na
2
CO
3
sau đó đem sản phẩm thiêu kết hòa tan vào nước để được dung dịch NaAlO
2.
Al(OH)
3
+ Na
2
CO
3
= 2NaAlO
2
+ 3H

2
O + CO
2
.
1.4.4.4 Khoáng nhôm
Khoáng vật chứa nhôm điển hình là GibSit. Sự hoà tách xảy ra.
AlOOH + NaOH +aq = NaAl(OH)
4
.
Các tạp chất hữu cơ: gây ảnh hưởng lớn cho quá trình hoà tách Bauxit, gây
khó khăn cho quá trình phân cách khi nghiền ướt Bauxit, làm chậm lắng và rửa cặn
đỏ, cũng như quá trình lắng của dung dịch trong thiết bị lọc.
1.4.5 Phuơng pháp xử lý bã thải ở nhà máy hóa chất Tân Bình
Cặn bùn đỏ sau khi rửa nhiều lần, được chuyển vào hồ chứa. Tại đây bùn lỏng
được trung hoà bằng H
2
SO
4
đến pH khoảng 7-8. Sau đó một lượng nước thích hợp
thêm vào bùn để có thể chuyển ra bãi thải.
Hình 2: Sơ đồ xử lý bả thải của nhà máy hóa chất Tân Bình.
15
Cặn đỏ sau khi
rửa
Hồ chứa
Bơm
Bã thải
H
2
SO

4
để trung
hòa
Nước
1.5 Bùn đỏ[8]
1.5.1 Bùn đỏ và xử lý bùn đỏ
Quặng thải Bauxit hay còn gọi là bùn đỏ (bởi vì có màu đỏ) là sản phẩm phụ
chủ yếu từ quá trình hoà tách trong sản xuất alumin theo công nghệ Bayer. Khối
lượng và chất lượng bùn đỏ, hàm lượng caustic của pha lỏng (dung dịch bám dính đi
theo bùn đỏ) rất khác nhau tại các nhà máy luyện alumin khác nhau. Khối lượng bùn
đỏ dao động từ 0,4 tấn đến 2 tấn (tấn khô) cho một tấn alumin sản xuất, trước tiên
phụ thuộc vào chất lượng Bauxite đầu vào cấp cho nhà máy.
Trong quá khứ người ta ít quan tâm đến rủi ro môi trường do hoạt động công
nghiệp gây ra, trong đó có lưu giữ bùn đỏ. Trong 40 năm qua, thế giới đã đạt được
nhiều tiến bộ trong rửa, khử nước và lưu giữ bùn đỏ.
1.5.2 Bản chất tự nhiên của bùn đỏ
1.5.2.1 Khái niệm:
Bùn đỏ hoặc quặng thải Bauxit là cách gọi chất thải từ quá trình hoà tách
khoáng sản alumin ngậm nước của bauxit. Bauxit được hoà tách với dung dịch kiềm
NaOH. Lượng Al
2
O
3
hoà tan trong kiềm và được tách ra khỏi cặn không hoà tan, gọi
là bùn đỏ.
Dung dịch (NaAlO
2
) có chứa Al
2
O

3
hoà tan

được hạ nhiệt đến nhiệt độ cần
thiết và cho mầm Al(OH)
3
để kết tủa. Sản phẩm Al(OH)
3
cuối cùng được lọc, rửa và
nung cho mất nước để tạo thành Al
2
O
3
thành phẩm.
Trong quá trình xử lý Bauxit bằng kiềm, khoảng 76-93 % hàm lượng alumin được
phân giải trong dung dịch và phần còn lại là cặn bã. Silicate (SiO
2
) trong Bauxit phản
ứng với sodium aluminium silicates của các hợp thành khác nhau để chuyển thành
chất cặn bã. Các thành phần cơ bản khác trong bauxit, như là sắt và titania, hàm
lượng được nâng lên nhưng vẫn tồn tại ở thể rắn, và một số tạp chất nhỏ trong bauxit,
như là gallium, vanadium, phốt pho, nickel, chromium, magnesium cũng có trong
chất cặn bã bauxit.
Khoáng sản alumin ngậm nước hòa tách được là Gibbsite, Boehmite và
Diaspore. Bauxit loại Gibbsite thường được hoà tách ở nhiệt độ khoảng 140-150
o
C
(hoà tách nhiệt độ thấp). Bauxit Boehmitic được hoà tách ở nhiệt độ 230-270
o
C,

trong khi Bauxit Diaspore ở nhiệt độ 240-280
o
C. Vôi sử dụng tại các thời điểm khác
nhau của chu trình Bayer trở thành hợp phần của bùn đỏ.
Bùn đỏ chứa các hạt thô (> 106 μm), gọi là cát. Số lượng hạt cát thay đổi từ
0,1 đến 50 % trong chất thải hoà tách khác nhau, thông thường 5%. Trong nhiều
trường hợp hạt cát được tách ra khỏi trước khi gạn lọc và chuyển tới thiết bị rửa trong
hệ thống tách. Hạt cát có thể chứa quartz.
Như vậy, thực chất bùn đỏ về cơ bản vẫn là các nguyên tố có trong thành phần bauxit
không hoà tan trong kiềm, nguyên tố có thêm là thành phần Na (vì sử dụng kiềm để hoà
tan), hoặc Ca (nếu công nghệ có sử dụng CaO làm chất xúc tác với lượng ít).
16
1.5.2.2 Hợp chất hoá học của bùn đỏ
Hợp chất khoáng học và hoá học của các loại Bauxit khác nhau, do đó khả năng
hoà tách và các thông số chu trình cũng khác nhau. Hợp chất khoáng học và hoá học
cũng như đặc tính vật lý của bùn đỏ từ các nhà máy luyện alumin trên thế giới được nêu
ở bảng 3 và bảng 4.
Phần lớn soda ở dưới dạng liên kết hoá học (sodium-aluminum-hydrosilicate)
và sử dụng soda từ liên kết này rất khó. Còn lại, soda hoà tan được và dung dịch kiềm
có trong pha lỏng hay dòng dung dịch đáy đi cùng bùn đỏ.
Bảng 3: Hợp chất hoá học của các loại bùn đỏ khác nhau
Boké
(Guinea)
Weipa
(Australia)
Trombet
as
(Brasil)
South
Manch.

(Jamaica
)
Darling
Range
(Australi
a)
Iska
(Hungar
y)
Parnasse
(Hy
Lạp)
Nhiệt độ
hoà tách
(
o
C)
240 240 143 245 143 240 260
Hợp
chất hoá
học
Al
2
O
3
SiO
2
Fe
2
O

3
TiO
2
L.O.I.
Na
2
O
CaO
Khác
14,0
7,0
32,1
27,4
10,0
4,0
3,2
2,3
17,2
15,0
36,0
12,0
7,3
9,0
-
3,5
13,0
12.,9
52,1
4,2
6,4

9,0
1,4
1,0
10,7
3,0
61,9
8,1
8,4
2,3
2,8
2,8
14,9
42,6
28,0
2,0
6,5
1,2
2,4
2,4
14,4
12,5
38,0
5,5
9,6
7,5
7,6
4,9
13,0
12,0
41,0

6,2
7,1
7,5
10,9
2,3
17
Bảng 4: Hợp chất khoáng hoá của bùn đỏ khác nhau
Hợp chất
(%)
Boké Weipa Trombetas
South
Manch.
Darling
Range
Iszka Parnasse
Gibbsite
Hematite
Goethite
Cancrinite
SAHS
Sodalite
Illite
Boehmite
Diaspore
Ca-Al-Si
CaTiO
2
Calcite
Quartz
Anatase

Rutile
Na-
Titanates
Magnetites
Chamosite
Ilmenite
Khác
20,0
16,0
21,0
-
-
5,0
1,2
-
2,0
4,6
-
7,0
19,0
2,0
-
-
-
2,2
33,0
3,5
18,0
-
27,0

-
2,0
2,0
-
-
-
0,5
6,0
2,0
6,0
-
-
-
-
-
-
38,0
19,0
27,0
-
-
0,6
1,2
-
1,5
1,4
2,2
2,5
0,8
-

-
-
-
5,8
33,0
3,5
10,0
27,0
-
2,0
2,0
-
-
-
0,5
6,0
2,0
6,0
-
-
-
-
5,6
14,5
14,5
5,4
-
4,7
3,5
2,5

1,7
-
2,3
37,1
1,0
-
0,6
1,3
-
1,0
3,4
-
33,0
6,0
22,0
10,0
-
0,8
0,7
12,5
7,0
3,0
-
-
-
-
-
-
-
5,0

-
38,0
1,0
16,0
-
10,0
-
0,6
0,6
10,0
10,0
3,6
-
-
-
-
-
6,0
-
3,7
1.5.2.3 Hợp chất khoáng hoá của bùn đỏ
Các hợp chất khoáng hoá sau đây được tìm thấy trong bùn đỏ: Gibbsite,
Boehmite, Diaspore, Hematite, Alumo-Goethite, Magnetite, Maghmite, Kaolinite,
Quarts, Chamosite, sodium-aluminium-hydrosilicats (sodalite, cancrinite, v.v…),
Anatase, Rutile, Ca(Mg, Al, Fe) Titanates, calcium-alumo-silicate. Hai hợp chất sau
cùng là đặc tính của chất thải bùn đỏ từ chu trình hoà tách nhiệt độ cao. Bùn đỏ cũng
có nhiều hoặc ít các cấu thành không định hình.
1.6 Các nghiên cứu ứng dụng của bùn đỏ[4,5,9]
Từ lâu đã có nhiều đề tài nghiên cứu sử dụng bùn đỏ theo nhiều hướng khác
nhau như làm nguyên liệu sản xuất ximăng, làm vật liệu xây dựng, làm đường, làm

nguyên liệu trong sản xuất thép và thu hồi các nguyên tố quý hiếm trong bùn thải Ga,
V, Sc,…
18
Hình 3: Sơ đồ ứng dụng của bùn đỏ.
Sử dụng trong lĩnh vực luyện kim
Việc sử dụng bùn đỏ để thu hồi các kim lọai rõ nét nhất là việc tách sắt thu hồi Ti và
Al. Ngoài ra cũng tách được các kim lọai khác như V, Ga, Sc. Tuy nhiên, không có
tính kinh tế vì hàm lượng các nguyên tố này rất thấp.
Thu hồi khoáng Fe.
Một số phương pháp thu hồi khoáng sắt từ bùn đỏ
Phương pháp xỉ carbon: Trộn bùn với đá vôi và soda đem nung chảy, sắt được tách ra
bằng phương pháp từ tính, sau đó chiết xỉ Al
2
O
3
.
Phương pháp D-L-M: Thu hồi sắt viên mịn. Bùn đặc trộn với than đá đem
nghiền thành hạt, sau đó cho vào lò vòng, cho khí nóng thổi lên. Sau quá trình này
các hạt mất 60-70% oxi và được cho vào lò hồ quang nung chảy. Sắt nóng chảy được
tinh luyện và chuyển thành thép trong lò thổi oxi
Phương pháp của Glulini: Bùn đặc (40% độ ẩm) cộng với vữa than và đá
vôi tạo thành bùn nhão, sau đó làm khô trong lò ống quay rồi đem khử hỗn hợp. Xỉ
cặn lò gồm 80% Fe
2
O
3
được kim loại hóa, đựơc đưa vào một lò trung tâm dốt bằng
dầu, quá trình này cho ra sắt viên, xỉ còn lại dùng làm nguyên liệu sản xuất xi măng
hay làm đường. Phương pháp này thích hợp cho bùn đỏ chứa hàm lượng sắt cao
( 45% dạng khô)

Nung chảy trong lò điện, trong quá trình này có tới 98% Fe chứa trong
bauxit được thu hồi.
Nung chảy trong lò cao: trộn bùn với than đá trong lò cao để khử Fe sau
đó thêm vôi vào khử hòan tòan.
Dùng để sản xuất Porland
19
Bùn đỏ
Thu hồi kim
loai Fe, Al,
Ti,Ga,V,Sc
Sơn, bột màu
Xúc tác
Cải tạo đất
Vật liệu xây dựng
Gạch, Ximăng, và
bê tông
Hấp phụ
Nước , khí
Sản xuất gốm
Xi măng Porland chứa thành phần chủ yếu là silica. Oxit của các kim lọai này
có trong bùn đỏ vì thế nó cũng được xem như là nguyên liệu để sản xuất xi măng.
Xi măng Porland là chất kết dính vô cơ rắn trong nước , chứa 70-80% Canxi
Silicat. Là sản phẩm của quá trình nghiền mịn của clinker với phụ gia thạch cao (3-
5%). Clinker ở dạng hạt được điều chế bằng cách nung cho đến kết khối ở 1400
0
C
hỗn hợp chứa CaCO
3
và alumosilicat ( đất sét hoặc xỉ lò ).
Do có ưu điểm là có cường độ cao đóng rắn nhanh nên xi măng Porland trở

thành chất kết dính qung trọng nhất trong xây dựng cơ bản .
Clinker: Thường có dạng hạt có cấu trúc phức tạp (có nhiều khoáng ở dạng tinh thể
và một số khoáng ở dạng vô định hình).
Thành phần:
CaO 63-66%
SiO
2
21-24%
Al
2
O
3
4-8%
Fe
2
O
3
2 -4%
Các oxít chủ yếu trên chiếm 95-97%
Khi thành phần các oxit này thay đổi thì tính chất của ximăng cũng thay đổi
theo, như: thêm CaCO
3
thì ximăng sẽ đóng rắn nhanh, kém bền nước, thêm SiO
2
thì
ngược lại.
Mitsui Alumina đã thử nghiệm với việc sử dụng bùn đỏ làm nguồn cung cấp
Fe
2
O

3
trong việc điều chế ximăng ở các nhà máy sản xuất ximăng từ năm 1974.
Cuộc thử nghiệm trong các nhà máy đã cho thấy chúng có ích trong thương mại khi
chỉ cần từ 5-29 kg bùn đỏ là đã có thể sản xuất được 1 tấn clinker. Bùn đỏ được sử
dụng phải được đóng bánh và có độ ẩm khoảng 30% , nếu độ ẩm dưới 25% thì bùn
đỏ sẽ bị tơi ra như bụi.
Các nhà máy ximăng thường sử dụng bùn đỏ thay vì sử dụng xỉ lò vì trong bùn đỏ
hàm lượng kiềm thấp so với xỉ. Ngoài ra lý do quan trọng nhất là vấn đề kinh tế.
Công nghiệp: Nếu trộn bùn đỏ với than chì thì hỗn hợp này có thể hấp thu được
SO
2
trong lò hơi công nghiệp.
Dùng làm gạch.
Quy trình sản xuất gồm:
- Khai thác nguyên liệu: đất sét được khai thác được chuyển về nhà máy để tiến
hành sản xuất gạch.
- Luyện đất: sau khi khai thác đất sét đựơc ủ để độ ẩm trong đất sét được đồng
đều, sau đó nhào trộn để tăng độ dẻo, nghiền mịn để làm tăng độ đồng đều
kích thứơc hạt giúp cho quá trình đúc gạch được dễ dàng.
- Đúc gạch: gạch được đưa vào máy đúc với các kích thước theo yêu cầu. Sau
khi ra khỏi máy đúc gạch được nén chặt lại và cắt thành viên.
- Phơi sấy: Sau khi gạch được đúc thành viên dưới dạng thô được đem phơi để
làm giảm độ ẩm của gạch.
- Nung: nung gạch là công đoạn quang trọng nhất. Chất luợng gạch quyết định
bởi giai đoạn này. Nhiệt độ nung thường khoảng 1000
0
C, sau đó để nguội
khoảng 3 ngày để đảm bảo nhiệt độ lò nung sau khi nung khoảng từ 50-60
0
C

sau đó mới cho gạch ra lò.
20
Ta có thể thay thế đất sét bằng bùn đỏ mà vần thỏa mãn được các tiêu chuần
xây dựng với các kết quả như sau:
%Bùn đỏ Độ ẩm tạo hình Độ hút nước Cường độ chịu nén
(kg/cm
3
)
30 7.96 15.64 392.64
9.35 13.89 432.01
40 8.05 22.41 161.04
7.97 23.22 117.20
Xử lý khí thải:
Bùn đỏ hấp thu được 90% khí thải H
2
S và SO
2
trong công
Hoà tách vanadi dưới dạng tồn tại V
2
O
5
.
Người ta tiến hành khảo sát quá trình hoà tách V
2
O
5
với các yếu tố:
 Các nhiệt độ nung khác nhau
 Thêm chất oxihoá Na

2
S
2
O
8
ở các hàm lựơng khác nhau
 Thêm chất kiềm CaCO
3
ở các hàm lượng khác nhau
Để nâng cao hiệu suất hoà tách vanadi một cách đáng kể từ quặng bauxit Laterit
Việt Nam phải ninh quặng ở chế độ ninh nhiệt ở nhiệt độ cao khoảng 240
0
C với sự có
mặt của các chất phụ gia là chất xúc tiến CaO hàm lượng 4.0% , chất oxi hoá
Na
2
S
2
O
8
hàm lượng 1% hiệu suất hoà tách là 71.3%.
1.7 Bùn đỏ làm vật liệu hấp phụ :
Hệ thống nước ngầm và nước thải chứa nhiều chất ô nhiễm gồm anion và cation
kim loại nặng cũng như các hợp chất hữu cơ. Nguồn gốc gây ô nhiễm là do hoạt động
sống của con người, động vật và trong công nghiệp. Trong những kĩ thuật xử lý nước
thải hấp phụ là phương pháp hiệu quả và được ứng dụng rộng rãi. Carbon hoạt tính
được sử dụng rộng rãi nhưng quá trình sản xuất và tái tạo thì đắt. trong các thập kỷ
gần đây, người ta đang nghiên cứu tận dụng các chất thải công nghiệp và nông
nghiệp tạo ra các chất hấp phụ có giía thành rẻ như là bùn đỏ.các ứng dụng của bùn
đỏ được trình bày chi tiết dưới đây

1.7.1 Hấp phụ kim loại nặng(Pb, Zn, Cd)
Các tác giả Laura Santona, Paola Castaldi, Pietro Melis đã cùng khảo sát khả năng hấp
phụ Pb, Zn, Cd của bùn đỏ. Kết quả chỉ ra rằng: bùn đỏ sau khi được sấy khô qua đêm tại
105
0
C, với cấp hạt nhỏ hơn 0.02 mm có khả năng hấp phụ cao hơn 30% so với xử lý acid
0.05N tại tỉ lệ bùn đỏ/acid (1:25 về khối lượng) trong 2 giờ.
Hấp phụ tối đa:
1. Pb khoảng 1.80mmol/1g bùn đỏ
2. Cd khoảng 1.25mmol/1g bùn đỏ
3. Zn khoảng 1.90mmol/1g bùn đỏ
Kết quả hấp phụ cho thấy bùn đỏ có thể xem như một chất có khả năng hấp phụ tốt để
loại bỏ các kim loại nặng
21
1.7.2 Hấp phụ Arsen[9]
Kết quả nghiên cứu của Fikret Tumen, Memnune Bildik để loại bỏ Arsen ra khỏi
dung dịch cho thấy mẫu bùn đỏ sau khi đã xử lý với acid cho khả năng hấp phụ tốt nhất.
96.52% đối với As(V) tại pH=7.25 và 87.54% đối với As(III) tại pH=3.5 khi nống độ
As ban đầu là 133.5mmoL/L(10mg/L) dùng 20g bùn đỏ/L, thời gian tiến hành khảo sát
là 60 phút, ở 25
0
C
1.7.3 Hấp phụ anion:[9]
1.7.3.1 Hấp phụ phosphat
Hàm lượng phospho tác động rất lớn đến năng suất cây trồng. nếu hàm lượng
phospho trong nước quá lớn sẽ làm phát triển nhanh chóng các loại tảo và vi sinh vật
sống dưới nước, làm ô nhiễm nguồn nước. các phương pháp loại bỏ phosphat trong
các nguồn nước bao gồm : kết tủa kim loại, hấp phụ bằng các vi sinh vật, loại bỏ
bằng bùn hoạt tính sinh học. hấp phụ là kỹ thuật nhanh và hiệu quả để xử lý nước
thải.

Shiao và Akashi(1977) báo cáo kết quả nghiên cứu loại bỏ phosphat trong nước
bằng bùn đỏ hoạt hoá với HCl. Koumanova(1997) cũng báo cáo một nghiên cứu khác
trong việc loại bỏ phosphat bằng việc dùng các dung dịch kali ortophosphat, natri
ortophosphat, dùng bùn đỏ xử lý bằng acid sulfuric. Người ta thấy rằng bùn đỏ được
hoạt hoá thì hấp phụ tốt hơn bùn đỏ thô.Tỉ lệ giữa thể tích acid với khối lượng bùn đỏ
ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ. Trong điều kiện hấp phụ, lượng bùn đỏ thêm vào
dung dịch , mối liên hệ giữa thời gian và nồng độ đầu của phosphate trong dung dịch
để loại bỏ hoàn toàn phosphate được nghiên cứu, điều kiện tối ưu nhất cũng đã được
xác định. Sau đó một nghiên cứu toàn diện về sự hấp phụ phosphat trên bùn đỏ hoạt
hoá được chỉ ra bởi Pradhan (1998). Họ đã khảo sát sự hấp phụ phosphat theo các
yếu tố thời gian , pH, nhiệt độ , nồng độ chất hấp phụ và chất bị hấp phụ trong dung
dịch đệm acetat. Sự hấp phụ phosphat tuân theo đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir
và cả Freundlich. Hiệu quả của tiến trình đạt đến 80-90% tại nhiệt độ phòng.
López(1998) đánh giá sự khả thi của việc dùng bùn đỏ trong xử lý nứơc thải.
Người ta điều chế kết hợp các thành phần của bùn đỏ với 8% theo khối lượng của
CaSO
4
. Tiến hành hấp phụ phosphat bằng mẫu điều chế ở trên trong cột và bể. Cơ
chế hấp phụ phosphat cũng đã được dự đoán và thảo luận. Fortin và Karam (2001)
cũng có nghiên cứu đánh giá khả năng hấp phụ phosphat trên bùn đỏ. Thực nghiệm
cho thấy rằng bùn đỏ có khả năng hấp phụ rất lớn với lượng hấp phụ tối đa từ 40-
45mg/g. Kết quả chỉ ra rằng quá trình trao đổi ligand liên quan đến khả năng hấp phụ
phosphat một cách nhanh chóng bởi bùn đỏ, với khả năng kết tủa phospho. Thêm vào
đó sự hấp phụ phosphat còn phụ thuộc vào nồng độ, có sự gia tăng mạnh khi tăng
nồng độ phospho.
Để hiểu cơ chế hấp phụ của các dạng phosphat khác nhau trên bauxit,
Altundogan và Tumen (2002) đã nghiên cứu ảnh hưởng của pH đến quá trình hấp
phụ và giải hấp phosphat vô cơ và hữu cơ trên bùn đỏ. Kết quả quá trình hấp phụ và
giải hấp cho thấy rằng quá trình hấp phụ phosphat trên bauxit dựa trên cơ chế trao đổi
ligand. Người ta nhận thấy rằng hexametaphosphate> pyrophosphate >

orthophosphate >tripolyphos -phate>adenosine
triphosphate>glycerphosphate>glucose-1-phosphate( Altundogan và Tumen,2002).
22
Họ cũng nghiên cứu mở rộng xử lý acid và xử lý nhiệt đến quá trình hấp phụ
phosphat trên bauxit và kết quả cho thấy rằng xử lý nhiệt bauxit có sự liên hệ giữa
điện tích âm của các dạng phosphat và khả năng hấp phụ của chúng. Ngoài ra khi
nhiệt độ tăng thì khả năng hấp phụ phosphat cũng tăng do diện tích bề mặt tăng.
Mohanty(2004) dùng H
2
SO
4
xử lý bùn đỏ để hấp phụ phosphat trong nước. Thí
nghiệm được tiến hành trong dung dịch đệm trong cùng điều kiện : thời gian , pH,
lượng chất hấp phụ , nồng độ chất bị hấp phụ và nhiệt độ. Khả năng hấp phụ tốt nhất
khi pH=4.5, cân bằng đạt được trong 60 phút . Khi khối lượng chất hấp phụ nhỏ và
nồng độ phosphat lớn thì khả năng hấp phụ tốt hơn. Quá trình hấp phụ tuân theo
phương đẳng nhiệt Freundlich và phương trình động học bậc nhất Lagergren. Ảnh
hưởng của các ion khác đến sự loại bỏ phosphat có thể giải thích trên cơ sở ái lực
của anion bề mặt và nồng độ của chúng.
Ảnh hưởng của quá trình xử lý axit và nhiệt trên bùn đỏ đối với khả năng hấp
phụ phosphat được nghiên cứu bởi Li(2006) . Kết quả cho thấy rằng mẫu bùn đỏ
được hoạt hoá có khả năng hấp phụ tốt hơn mẫu bùn đỏ thô. Mẫu được điều chế bằng
cách dùng bù đỏ khuấy trộn với HCl 0.25M trong 2h, mẫu khác được điều chế bằng
cách nung bùn đỏ ở 700
o
C trong 2h, ghi nhận được lượng phosphat hấp phụ được là
99%. Xảy ra ở pH=7 , 25
0
C và nồng độ phosphat ban đầu là 155mg/l.
Bùn đỏ xử lý bằng nước biển-Bauxol cũng có khả năng hấp phụ được dùng để

loại bỏ phosphat. Kết quả hấp phụ và giải hấp cho thấy rằng quá trình hấp phụ
phosphat bằng bauxol dựa trên cơ chế trao đổi ion, hấp phụ hoá học. Quá trình hấp
phụ phosphat bằng bauxol tuân theo dạng hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir với dung
lượng hấp phụ 0.21 và 0.48 mmol/g ở pH=9 và 5.2. Quá trình hấp phụ phosphat bằng
bauxol tăng khi giảm pH và tỉ lệ giữa bauxol và nồng độ ban đầu của phosphat, thời
gian tăng . Khi có mặt ion HCO
3-
làm giảm khả năng hấp phụ phosphat, trong khi ion
SO
2-
4
và Cl
-
thì ít ảnh hưởng , các ion Ca
2+
, Mg
2+
làm tăng khả năng hấp phụ.
Huang đưa ra một khảo sát về sự hấp phụ phosphat bằng bùn đỏ của Australia.
Mẫu bùn đỏ thì được xử lý bằng nhiều phương pháp khác nhau như là xử lý bằng axit
HNO
3
và HCl , kết giữa xử lý acid và xử lý nhiệt tại 700
o
C. Kết quả cho thấy rằng
bùn đỏ hoạt hoá bằng nhiệt hoặc axit làm tăng khả năng hấp phụ phosphat. Bùn đỏ
được xử lý bằng HCl cho kết quả hấp phụ cao nhất.
23
Chất hấp phụ Nhiệt độ(
0

C) Hàm lượng P bị
hấp phụ(mg/g)
Tác giả
RM-HCl
RM
Bauxit
Bauxit gia
nhiệt
RM-H
2
SO
4
RM
RM-HCl
RM gia nhiệt
Bauxol
RM- CaSO
4
30
-
25
25
40
25
25
25
23
-
23.2
40-45

0.67-0.82
0.98-2.95
7.4
114
162
345
6.5-14.9
6.8-58.1
Pradhan(1998)
Frotin và
Karam(2001)
Altundogan và
Tumen(2003b)
Altundogan và
Tumen(2003b)
Mohanty (2004)
Li(2006)
Li(2006)
Li(2006)
Akhurst(2006)
Lopez(1998)
Thành phần chủ yếu trên bề mặt bùn đỏ là oxit Fe,Al, Si có thể bị hyroxit hoá
trong môi trường nước. Do đó , sự hấp phụ phosphat của bùn đỏ theo cơ chế trao đổi
ion . Quá trình hấp phụ có thể được giải thích bằng cơ chế trao đổi ion ( Li-2006).
Trong suốt quá trình hấp phụ có thể xảy ra quá trình khuếch tán. Fortin và Karam
(2001) cho thấy rằng sự hấp phụ phospho trên bùn đỏ phụ thuộc nồng độ, chu trình
khuếch tán gồm 2 giai đoạn như sau
≡ SOH + H
3
PO

4
= ≡ SH
2
PO
4
+ H
2
O
≡ SOH + H
3
PO
4
= ≡ SHPO
4
-
+H
+
+ H
2
O
≡ SOH + H
3
PO
4
= ≡ SPO
4
2-
+2H
+
+ H

2
O
≡ SOH + H
3
PO
4
= ≡ SOHPO
3
4
-
+3H
+

Trong đó: S là bề mặt bùn đỏ .
24
1.7.3.2 Hấp phụ florua:
Flo có trong nước uống và kem đánh răng , lượng nhỏ flo trong nước thì tốt cho
răng nhưng khi hàm lượng cao sẽ làm phá huỷ xương thậm chí có thể gây ung thư
xương(Kowalski-1999).
Cengeloglu (2002) đã báo cáo một nghiên cứu về loại bỏ flo trong nước dùng
bùn đỏ thô và bùn đỏ được hoạt hoá bằng HCl. Ảnh hưởng của pH , lượng chất hấp
phụ , thời gian hấp phụ cũng đã đuợc khảo sát. Bùn đỏ được hoạt hoá thì có khả năng
hấp phụ cao hơn bùn đỏ thô. Dung lượng hấp phụ flo tốt nhất ở pH=5.5 ở pH lớn hơn
5.5 lượng flo bị hấp phụ giảm bởi vì sự cạnh tranh mạnh với ion hyroxit trên bề mặt
bùn đỏ. Khi pH thấp khả năng hấp phụ giảm do hình thành axit HF . Quá trình hấp
phụ tuân theo đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir, lượng hấp phụ tối đa là
0.33mmol/g. Cơ chế hấp phụ phosphat có thể giải thích dựa trên sự tương tác với các
kim loại trên bề mặt.
1.7.3.3 Hấp phụ nitrat
Ô nhiễm nitrat trong nước ngầm ngày càng tăng. Nước thải, phân bón, chất thải

từ nông nghiệp là nguồn gây ô nhiễm nitrat chủ yếu. Nước bề mặt được sử dụng
trong sinh hoạt có hàm lượng nitrat cao gây ảnh hưởng xấu tới sức khoẻ của cộng
động đặc biệt là trẻ em. Ho(1992) đã tiến hành loại bỏ phosphat và nitơ trong nước
cống bằng cách cho nứơc chảy qua cột có nhồi bùn đỏ và cát. Họ nhận thấy rằng
lượng nitrate hấp phụ trung bình là 24% với 30% bùn đỏ, 9% với 20% bùn đỏ và
10% bùn đỏ thì hấp phụ khôg đáng kể.
Gần đây, Cengeloglu (2006) nghiên cứu quá trình loại bỏ nitrate bằng bùn đỏ và
bùn đỏ hoạt hoá bằng HCl. Lựơng hấp phụ của bùn đỏ thô và bùn đỏ hoạt hoá tương
ứng là 1.86 và 5.86mmolnitrate/1g bùn đỏ. Quá trình hấp phụ đựơc mô tả bằng
đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir và Freundlich. Cơ chế loại bỏ nitrate được giải
thích bằng tương tác hoá học của bề mặt bùn đỏ và nitrate như sau:
SOH + H
+
⇔ SOH
2
+
SOH
2
+
+ NO
3
-
⇔ SOH
2
SOH
2
+
+ NO
3
-

⇔ SO
3
+ H
2
O
Trong đó S thể hiện Fe, Al và Si trên bề mặt bùn đỏ.
1.7.4 Bùn đỏ hấp phụ kim loại năng và ion kim loại
Kim loại nặng thải ra từ các các chu trình công nghiệp đều độc hại dù ở hàm
lượng rất nhỏ. Pb, Cu, Zn,Cd,Cr được thải ra từ ngành công nghiệp mạ , khai mỏ, dầu
khí. Để loại bỏ kim loại nặng trong hệt thống nước thải thì phương pháp kết tủa được
ứng dụng rộng rãi. Vì bùn đỏ có độ kiềm cao nên nó được sử dụng để hấp phụ kim
loại nặng.
25