ĐỒ án tốt nghiệp xử lý bùn đỏ được ứng dụng trong trong ngành công nghiệp hấp phụ và xử lý khí thải, đó là biến đổi bùn đỏ thành vật liệu có khả năng xử lý không khí ô nhiễm, đặc biệt là nguồn khí có lượng CO2 lớn

Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Tống Thị Thanh Hương
LỜI CẢM ƠN
Bằng lòng trân trọng và biết ơn sâu sắc, em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới
Ts. Tống Thị Thanh Hương đã hướng dẫn, chỉ bảo tận tình, chu đáo và định
hướng cho em trong suốt thời gian làm đồ án.
Em xin cảm ơn các thầy cô giáo trong bộ môn Lọc Hóa Dầu đã giúp đỡ tạo điều
kiện cho em nghiên cứu và thực hiện đề tài này.
Em cũng xin cảm ơn tới các anh chị và các bạn đã hết sức nhiệt tình chỉ dẫn và
tạo môi trường làm việc thuận lợi chia sẻ khó khăn trong suốt thời gian qua.
Lần cuối xin cảm ơn tất cả mọi người !
Hà Nội, ngày 12 tháng 06 năm 2013
Sinh viên
Nguyễn Hữu Dũng
1
SVTH: Nguyễn Hữu Dũng Lớp: Lọc Hóa Dầu A- K53
1
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Tống Thị Thanh Hương
MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ TRONG ĐỒ ÁN
STT Số hình vẽ Tên hình vẽ Trang
1 Hình 1.1
Sơ đồ công nghệ sản xuất alumin theo phương
pháp kiềm Bayer
7
2 Hình 1.2 Phân bố cỡ hạt mịn và thô đặc trưng của bùn đỏ 11
3 Hình 1.3 Sơ đồ thải khô nhiều lớp của Alcoa 18
4 Hình 1.4 Biến hình thể lỏng/rắn của bùn đỏ phụ thuộc áp
lực tách 21
5 Hình 1.5
Hiệu suất lưu giữ của một số phương pháp lưu
giữ bã thải bauxit

29
6 Hình 1.6 Sơ đồ công nghệ cacbon hóa cho bã thải bauxit 30
7 Hình 2.1
Sơ đồ điều chế bùn đỏ thành vật liệu hấp thụ
47
8 Hình 2.2 Hệ thống xử lý CO
2
48
9 Hình 2.3 Sự phản xạ trên bề mặt kim loại 49
10 Hình 3.1 Ảnh hưởng của thời gian xử lý CO
2
trên các mẫu
RM II-NaOH và RM III-NaOH 54
11 Hình 3.2 Giản đồ nhiễu xạ X-ray của RM II-NaOH 55
12 Hình 3.3 Giản đồ nhiễu xạ X-ray của RM III-NaOH 55
13 Hình 3.4 Giản đồ nhiễu xạ X-ray của mẫu RM II-NaOH
sau khi hấp thụ CO
2
56
14 Hình 3.5 Giản đồ nhiễu xạ X-ray của mẫu RM III-NaOH
sau khi hấp thụ CO
2
56
15 Hình 3.6 Ảnh SEM mẫu bùn đỏ thô ban đầu 57
16 Hình 3.7 Ảnh SEM (a): mẫu RM II-NaOH và (b): mẫu
RM III-NaOH 57
17 Hình 3.8
Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu RM III-pH
58
2

SVTH: Nguyễn Hữu Dũng Lớp: Lọc Hóa Dầu A- K53
2
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Tống Thị Thanh Hương
18 Hình 3.9
Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu RM III-200
o
C
59
19 Hình 3.10 Ảnh hưởng của thời gian xử lý trên mẫu RM III-
200
o
C 61
20 Hình 3.11
Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu RM III-400
o
C
61
21 Hình 3.12 Ảnh hưởng của thời gian xử lý trên mẫu RM III-
400
o
C 63
22 Hình 3.13 Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu RM III-600
o
C 63
23 Hình 3.14 Ảnh hưởng của thời gian xử lý trên mẫu RM III-
600
o
C 65
24 Hình 3.15 Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu RM III-800
o

C 66
25 Hình 3.16 Ảnh hưởng của thời gian xử lý trên mẫu RM III-
800
o
C
67
26 Hình 3.17 Ảnh SEM của mẫu RM III-800
o
C 68
27 Hình 3.18 Ảnh hưởng của thời gian lên các mẫu bùn đỏ xử
lý ở nhiệt độ khác nhau
69
3
SVTH: Nguyễn Hữu Dũng Lớp: Lọc Hóa Dầu A- K53
3
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Tống Thị Thanh Hương
DANH SÁCH CÁC BẢNG BIỂU TRONG ĐỒ ÁN
STT Số hiệu
bảng
Tên bảng Trang
1 Bảng 1.1 Dự báo về thị trường alumin đến năm 2020 3
2 Bảng 1.2 Khai thác bauxit trên thế giới 4
3 Bảng 1.3 Hợp chất hoá học của một số loại bùn đỏ 9
4 Bảng 1.4 Hợp chất khoáng hoá của một số loại bùn đỏ 10
5 Bảng 1.5 Thành phần hóa học pha rắn của bùn đỏ 12
6 Bảng 1.6
Thành phần điển hình của bùn đỏ và phần lỏng tại
một số nhà máy sản xuất nhôm ở Trung Quốc
34
7 Bảng 2.1

Các mẫu vật liệu thu được từ bùn đỏ thô
46
8 Bảng 3.1 Kết quả phân tích thành phần bùn đỏ 52
9 Bảng 3.2 Khả năng hấp thụ của mẫu RM II-NaOH phụ
thuộc vào thời gian 53
10 Bảng 3.3 Khả năng hấp thụ của mẫu RM III-NaOH phụ
thuộc vào thời gian 53
11 Bảng 3.4 Cấu trúc pha của các hợp phần của mẫu bùn đỏ
được ổn định pH 59
12 Bảng 3.5
Cấu trúc pha của RM III-200
o
C
60
13 Bảng 3.6 Khả năng hấp phụ của mẫu RM III-200
o
C ở các
khoảng thời gian khác nhau 60
14 Bảng 3.7 Cấu trúc pha của RM III-400
o
C 62
15 Bảng 3.8 Khả năng hấp phụ của mẫu RM III-400
o
C ở các
khoảng thời gian khác nhau 62
16 Bảng 3.9 Cấu trúc pha của RM III-600
o
C 64
17 Bảng 3.10 Khả năng hấp phụ của mẫu RM III-600
o

C ở các
khoảng thời gian khác nhau 64
18 Bảng 3.11 Cấu trúc pha của RM III-800
o
C 66
19 Bảng 3.12 Khả năng hấp phụ của mẫu RM III-800
o
C ở các
khoảng thời gian khác nhau 67
20 Bảng 3.13 Ảnh hưởng của thời gian lên các nhiệt độ khác
nhau
68
4
SVTH: Nguyễn Hữu Dũng Lớp: Lọc Hóa Dầu A- K53
4
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Tống Thị Thanh Hương
MỞ ĐẦU
Bùn đỏ là chất thải không thể tránh khỏi trong quá trình sản xuất alumin. Bùn đỏ bao
gồm các thành phần không thể hòa tan, trơ và khá bền vững trong điều kiện phong hóa
như Hematite, Natrisilicat, Aluminate, Canxi-titanat, Mono-hydrate nhôm… và đặc biệt
là có chứa một lượng xút, một hóa chất độc hại dư thừa từ quá trình sản xuất alumin.
Trong quá trình sản xuất, các nhà sản xuất sẽ phải cố gắng tối đa để thu hồi lượng xút dư
thừa để giảm thiểu chi phí tài chính và bảo vệ môi trường. Tuy nhiên, lượng xút dư thừa
vẫn có thể gây độc hại, nguy hiểm cho con người, vật nuôi và cây trồng nếu bị phát tán
ra ngoài. Hơn nữa, loại bùn này rất chậm đóng rắn và phải 20 năm lưu giữ mới có thể di
chuyển trên nền bùn được. Đặc biệt, khả năng gây ô nhiễm nguồn nước ngầm là rất cao
khi lưu giữ bùn với khối lượng lớn trong thời gian dài, không đảm bảo kỹ thuật. Cho đến
nay, trên thế giới đã có một số công trình nghiên cứu sử dụng bùn đỏ (làm vật liệu xây
dựng, chất phụ gia trong xi măng, điều chế quặng sắt…) nhưng vẫn chưa có các giải
pháp hữu hiệu để giải quyết vấn đề này. Cách thức phổ biến về xử lý bùn đỏ vẫn là xây

hồ chứa hoặc chôn cất bùn đỏ ở nơi hoang vắng, gần bờ biển, xa các vùng đầu nguồn các
sông suối và các mạch nước ngầm. Như vậy, nếu các tiêu chuẩn kỹ thuật xây dựng hồ
bùn đỏ không đảm bảo, nguy cơ như vỡ đập, hoặc sự cố tràn (khi lượng mưa quá lớn đột
xuất) vẫn sẽ là mối nguy thường trực hàng ngày.
Việc lựa chọn các phương án xử lý bùn đỏ sau thải được thực hiện tùy theo các nhà
máy alumin cụ thể, tuy nhiên hiện nay phương án chôn lấp, hoàn thổ chiếm ưu thế và
được áp dụng rộng rãi, phương án chế biến bùn đỏ đang được nghiên cứu, thử nghiệm vì
chi phí để thực hiện cao, hiệu quả kinh tế thấp.
Hiện nay, có một phương pháp rất triển vọng để xử lý bùn đỏ được ứng dụng trong
trong ngành công nghiệp hấp phụ và xử lý khí thải, đó là biến đổi bùn đỏ thành vật liệu
có khả năng xử lý không khí ô nhiễm, đặc biệt là nguồn khí có lượng CO
2
lớn. Việc
nghiên cứu bùn đỏ là rất cần thiết, kết quả nghiên cứu là cơ sở quan trọng trong việc lựa
chọn các điều kiện tối ưu cho quá trình ứng dụng bùn đỏ vào thực tế xử lý.
SVTH: Nguyễn Hữu Dũng Lớp: Lọc Hóa Dầu A- K53
5
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Tống Thị Thanh Hương
CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN LÝ THUYẾT
1.1. Tổng quan về bùn đỏ
1.1.1. Tình hình sản xuất
Trên thế giới, nhôm là một trong 4 kim loại màu cơ bản được sử dụng nhiều
trong các ngành công nghiệp quan trọng như chế tạo thiết bị điện, phương tiện vận
tải, xây dựng, chế tạo máy, vũ khí, vật liệu bao gói, đồ đựng nước uống giải khát và
sản xuất đồ gia dụng. Tổng tài nguyên khoáng sản bauxit trên thế giới ước đạt 75,2
tỷ tấn, phân bố chủ yếu ở khu vực nhiệt đới như Caribe, Địa Trung Hải và vành đai
xung quanh xích đạo, người ta còn tìm thấy quặng bôxít ở các vùng lãnh thổ như
Úc, Nam và Trung Mỹ (Jamaica, Brazil, Surinam, Venezuela, Guyana), châu Phi
(Guinea), châu Á (Ấn Độ, Trung Quốc, Việt Nam), Nga, Kazakhstan và châu Âu
(Hy Lạp).

Tổng lượng tiêu thụ nhôm nguyên sinh trên thế giới năm 2007 đạt 38 triệu tấn,
đến năm 2012 con số này đã lên tới 47,4 triệu tấn, dự báo sẽ tăng lên 50 triệu tấn
trong năm 2013 và đạt 74,9 triệu tấn vào năm 2020. Trong khi đó, theo dữ liệu
nghiên cứu của Cơ quan Thống kê Kim loại Thế giới (WBMS) thì sản xuất nhôm
của thế giới năm 2007 đạt 38,02 triệu tấn, năm 2008 đạt 41,9 triệu tấn và đến năm
2020 có thể đạt 78,5 triệu tấn. Từ năm 2008 đến 2011 thị trường nhôm sẽ xảy ra dư
thừa từ 0,1 - 1,8 triệu tấn/năm, nhưng đến giai đoạn từ 2012 đến 2020, nhôm sẽ rơi
vào tình trạng thiếu hụt khoảng từ 0,3 triệu tấn đến 2,6 triệu tấn/năm.
Theo đánh giá của AOA VAMI RUSAL (Nga), sản lượng alumin (nhôm oxit)
của thế giới năm 2007 đạt 74,7 triệu tấn, tăng 6,9% so với năm 2006 và tăng 40,1%
so với năm 2000. Sự tăng trưởng mạnh mẽ sản lượng alumin đạt được là do nhu cầu
về nhôm tăng mạnh, đặc biệt là từ nhu cầu của Trung Quốc và các quốc gia thuộc
Mỹ La tinh. Cũng theo dự báo của RUSAL sản lượng alumin trên thế giới giai đoạn
2008-2014 sẽ tăng khoảng 50 triệu tấn. Phần lớn alumin được giao dịch trên thị
trường Thế giới thông qua những hợp đồng dài hạn, chỉ có một phần nhỏ, khoảng
10% tham gia vào thị trường trôi nổi. Giá alumin trên thị trường dao động bằng
khoảng từ 11-15% so với giá nhôm. Nhóm Broc Hunt nghiên cứu thị trường alumin
thế giới và cho ra một dự báo dài hạn về thị trường alumin đến năm 2020 theo bảng
dưới đây:
Bảng 1.1: Dự báo về thị trường alumin đến năm 2020 [3]
SVTH: Nguyễn Hữu Dũng Lớp: Lọc Hóa Dầu A- K53
6
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Tống Thị Thanh Hương
Đơn vị: Triệu tấn
2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2020
Sản
lượng
97,7 100,5 104,0 107,0 113,4 118,3 126,8 129,3 148,7
Nhu
cầu

95,7 99,4 101,8 107,5 113,1 118,8 127,1 130,3 148,3
Thừa/
Thiếu
2,0 1,1 2,1 -0,5 0,3 -0,5 -0,3 -1,0 0,4
Bauxit là một trong những tài nguyên khoáng sản khá dồi dào trên Trái đất. Từ
bauxit có thể thu hồi alumin (Al
2
O
3
), rồi tiếp tục điện phân sẽ thu hồi aluminium
(nhôm kim loại). Những khoáng vật chủ yếu của bauxit là: gippsite, diaspore,
boehmite là một biến dạng đa hình của diaspore. Khoảng 96% bauxit khai thác
được sử dụng trong ngành luyện kim, 4% còn lại được sử dụng trong các ngành
công nghiệp khác như: Sản xuất vật liệu chịu lửa, gốm sứ, vật liệu mài-đánh bóng,
đá trang sức nhân tạo
Hơn 90% sản lượng alumin (được gọi là alumin luyện kim) được sử dụng làm
nguyên liệu cho quá trình điện phân để sản xuất nhôm kim loại, 10% còn lại được
sử dụng trong công nghiệp hoá chất và các ngành công nghiệp khác.
Nguồn quặng bauxit toàn thế giới ước tính khoảng 55-75 tỷ tấn, trong đó châu Phi
chiếm 33%; châu Đại Dương 24%; Nam Mỹ và vùng Caribê 22%; châu Á 15%; các nơi
khác là 6%.
Tình hình sản xuất bauxit trên thế giới được thể hiện ở bảng 1.2:
Bảng 1.2: Khai thác bauxit trên thế giới [3]
(Đơn vị : 1000 tấn)
SVTH: Nguyễn Hữu Dũng Lớp: Lọc Hóa Dầu A- K53
7
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Tống Thị Thanh Hương
T
T
Quốc gia Sản lượng khai thác

Trữ lượng
khai thác
Trữ
lượng ban
đầu
2007 2008
1 Hoa Kỳ - - 20 000 40 000
2 Australia 62400 63 000 5 800 000 7 900 000
3 Braxin 24 800 25 000 1 900 000 2 500 000
4 Trung Quốc 30 000 32 000 700 000 2 300 000
5 Hy Lạp 2 220 2 200 600 000 650 000
6 Guinea 18 000 18 000 7 400 000 8 600 000
7 Guyana 1 600 1 600 700 000 900 000
8 Ấn Độ 19 200 20 000 770 000 1 400 000
9 Jamaica 14 600 15 000 2 000 000 2 500 000
10 Kazakhstan 4 800 4 800 360 000 450 000
11 Nga 6 400 6 400 200 000 250 000
12 Suriname 4 900 4 500 580 000 600 000
13 Venezuela 5 900 5 900 320 000 350 000
14 Việt Nam 30 30 2 100 000 5 400 000
15 Các nước khác 7 150 6 800 3 200 000 3 800 000
16 Tổng cả thế
giới (làm tròn)
202 000 205 000 27 000 000
38 000
000
1.1.2. Công nghệ sản xuất alumin
Trong công nghiệp, có một số công nghệ sản xuất alumin tùy theo loại nguyên
liệu và chất lượng nguyên liệu. Hiện tại và trong tương lai, 85% alumin trên thế giới
được sản xuất từ quặng bauxit, 10% từ quặng nephelin và alunit, 5% từ các nguyên

liệu khác. Điều đó cho thấy bauxit vẫn là nguồn nguyên liệu quan trọng nhất trong
sản xuất alumin nói riêng và sản xuất nhôm nói chung.
Nếu nguyên liệu là bauxit chất lượng tốt (tỷ lệ Al
2
O
3
/SiO
2
≥ 7), hàm lượng SiO
2
thấp, thì có thể áp dụng công nghệ Bayer. Nếu là bauxit chất lượng trung bình, có
thể áp dụng phương pháp kết hợp Bayer - thiêu kết song song hoặc nối tiếp. Nếu là
bauxit chất lượng xấu, hàm lượng SiO
2
cao, có thể áp dụng phương pháp thiêu kết
đơn thuần. Hiện tại và dự báo trong tương lai, khoảng 90% sản lượng alumin trên
thế giới vẫn được sản xuất bằng công nghệ Bayer.
Quá trình sản xuất alumin thực chất là quá trình làm giàu Al
2
O
3
, nhằm tách lượng
Al
2
O
3
trong bauxit ra khỏi các tạp chất khác (các ôxít…). Alumin luyện kim được
chuyển hoá trong quá trình điện phân trong bể muối cryolite nóng chảy (Na
3
AlF

6
)
để thành nhôm kim loại.
SVTH: Nguyễn Hữu Dũng Lớp: Lọc Hóa Dầu A- K53
8
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Tống Thị Thanh Hương
1.1.2.1. Sản xuất alumin bằng phương pháp hoả luyện
Trong số các phương pháp hỏa luyện, thì phương pháp thiêu kết bauxit với
Na
2
CO
3
có sự tham gia của CaCO
3
(gọi là phương pháp soda-vôi) là phương pháp
kinh tế và được ứng dụng trong công nghiệp. Phương pháp thiêu kết dùng để xử lý
quặng bauxit có chất lượng trung bình hoặc kém (hàm lượng SiO
2
cao) mà 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 bauxit, Na
2
CO
3
,
CaCO
3
trong lò quay ở nhiệt độ 1200
o
C để thực hiện các phản ứng sau:

Al
2
O
3
+ Na
2
CO
3
= 2 NaAlO
2
+ CO
2
;
SiO
2
+ 2 CaCO
3
= 2 CaO.SiO
2
+ 2CO
2
;
NaAlO
2
rắn là sản phẩm từ thiêu kết, dễ tan trong nước. Còn 2CaO.SiO
2
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: song song hoặc nối tiếp.

1.1.2.2. Sản xuất alumin bằng phương pháp Bayer (phương pháp thuỷ luyện)
Công nghệ Bayer được Karl Bayer phát minh vào năm 1887. Khi làm việc ở Saint
Petersburg, Nga ông đã phát triển từ một phương pháp ứng dụng alumin cho ngành công
nghiệp dệt (nó được dùng làm chất ăn mòn trong nhuộm sợi bông), vào năm 1887,
Bayer đã phát hiện rằng nhôm hydroxit kết tủa từ dung dịch kiềm ở dạng tinh thể và có
thể tách lọc, rửa dễ dàng, trong khi nó kết tủa bởi sự trung hòa dung dịch trong môi
trường axit thì ở dạng sệt và khó rửa sạch.
Vài năm trước đó, Louis Le Chatelier, nhà bác học Pháp trong lĩnh vực hoá học
và luyện kim đã phát triển phương pháp tạo ra alumin khi nung bauxit trong Natri
cacbonat (Na
2
CO
3
), ở 1200°C, tạo ra Natri aluminat (NaAlO
2
)và nước, sau đó tạo
kết tủa nhôm hydroxit, Al(OH)
3
, bằng carbon dioxide, CO
2
, tiếp theo nhôm hidroxit
được đem đi lọc và làm khô. Quá trình này đã không được sử dụng khi phương
pháp của Bayer ra đời.
Công nghệ Bayer trở nên rất quan trọng trong ngành luyện kim cùng với những phát
minh về điện phân nhôm vào năm 1886. Cùng với phương pháp xử lý bằng xyanua được
phát minh vào năm 1887, công nghệ Bayer đã hình thành ngành luyện kim bằng nước
hiện đại. Ngày nay, công nghệ này vẫn không thay đổi và nó tạo ra hầu hết các sản
phẩm nhôm trung gian trên thế giới.
Để chuyển từ bauxit thành alumin, người ta nghiền quặng và trộn với đá vôi và
soda cốt tích, bơm hỗn hợp này vào bình chứa áp lực cao, rồi nung lên. Nhôm oxit

SVTH: Nguyễn Hữu Dũng Lớp: Lọc Hóa Dầu A- K53
9
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Tống Thị Thanh Hương
bị phân giải bằng sođa cốt tích, sau đó kết tủa, rửa, và nung để tách nước ra. Thành
phẩm là bột màu trắng mịn hơn muối ăn mà ta gọi là alumin.
Công nghệ Bayer là phương pháp sản xuất chính tinh luyện quặng thô bauxit để
sản xuất ra quặng tinh alumin.
Trong bauxit có đến 30-54% là alumin, Al
2
O
3
, phần còn lại là các silica (silic
đioxit), nhiều dạng oxit sắt, và đioxit titan. Alumin phải được tinh chế trước khi có
thể sử dụng để điện phân sản xuất ra nhôm kim loại. Trong quy trình Bayer, bauxit
bị chuyển hóa bởi một luồng dung dịch natri hydroxit (NaOH) nóng lên tới 175°C
để trở thành hydroxit nhôm, Al(OH)
3
tan trong dung dịch hydroxit theo phản ứng
sau:
Al
2
O
3
+ 2OH
−
+ 3H
2
O → 2[Al(OH)
4
]

−
Các thành phần hóa học khác trong bauxit không hòa tan theo phản ứng trên
được lọc và loại bỏ ra khỏi dung dịch tạo thành bùn đỏ, quặng đuôi hay đuôi quặng
của loại quặng bauxit. Chính thành phần bùn đỏ này gây nên vấn đề môi trường liên
quan đến đổ thải, giống như các loại quặng đuôi của các khoáng sản kim loại màu
nói chung. Tiếp theo, dung dịch hydroxit được làm lạnh và hydroxit nhôm ở dạng
hòa tan phân lắng tạo thành một dạng chất rắn, bông, có màu trắng. Khi được nung
nóng lên tới 1050°C (quá trình canxit hóa), hydroxit nhôm phân rã vì nhiệt trở
thành alumin và giải phóng hơi nước:
2Al(OH)
3
→ Al
2
O
3
+ 3H
2
O
Bauxit được hoà tách với dung dịch kiềm NaOH. Lượng Al
2
O
3
được tách ra
trong dạng NaAlO
2
hoà tan và được tách ra khỏi cặn không hoà tan (gọi là bùn đỏ
mà chủ yếu là các ôxít sắt, ôxít titan, ôxít silic…).
Dung dịch aluminat, NaAlO
2
, 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 để tạo
thành Al
2
O
3
thành phẩm.
Sơ đồ nguyên lý dây chuyền công nghệ kiềm Bayer được giới thiệu trong hình
dưới đây:
SVTH: Nguyễn Hữu Dũng Lớp: Lọc Hóa Dầu A- K53
Bauxit
Vô
NaOH
Hòa tách
Bùn
Cô và cốt tích hóa
10
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Tống Thị Thanh Hương
Hình 1.1: Sơ đồ công nghệ sản xuất alumin theo phương pháp kiềm Bayer
Trong quá trình sản xuất alumin bằng phương pháp Bayer, tùy theo thành phần
khoáng vật của bauxit mà công nghệ Bayer được chia thành 2 phương pháp khác
nhau:
a. Công nghệ Bayer châu Mỹ:
Được áp dụng nếu Al
2
O
3

của bauxit ở dạng gippsite (trihydrate Al
2
O
3
. 3H
2
O), có
thể được hoà tách dễ dàng. Bauxit này thường được hòa tách ở nhiệt độ tối đa 140-
145
0
C trong dung dịch hòa tách có nồng độ kiềm thấp (120-140g/l Na
2
O).
b. Công nghệ Bayer châu Âu:
Được áp dụng nếu Al
2
O
3
của bauxit ở dạng boehmite và diaspore (monohydrate
Al
2
O
3
.H
2
O), phải hòa tách ở nhiệt độ cao hơn 200
o
C (240 - 250
o
C trong các nhà

máy hiện đại và có chất xúc tác đối với quặng diaspore) và trong dung dịch hòa tách
có nồng độ kiềm cao hơn (180-250g/l Na
2
O).
1.1.3. Bùn đỏ và xử lý bùn đỏ
Quặng thải bauxit hay còn gọi là bùn đỏ (bởi vì có mầu đỏ) là sản phẩm phụ chủ
yếu từ quá trình hòa tách trong sản xuất alumin theo công nghệ Bayer. Khối lượng
và chất lượng bùn đỏ, hàm lượng xút 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 phẩm, trước tiên phụ
thuộc vào chất lượng bauxit đầu vào cấp cho nhà máy.
SVTH: Nguyễn Hữu Dũng Lớp: Lọc Hóa Dầu A- K53
Lắng lọc
D
2
NaAlO
2
Al(OH)
3
Dung dịch cái
Khuấy phân hóa
Al(OH)
3
Nung
Al
2
O
3
11
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Tống Thị Thanh Hương

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.
1.1.3.1. Bản chất tự nhiên của bùn đỏ
a. 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.
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).
b. 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

SVTH: Nguyễn Hữu Dũng Lớp: Lọc Hóa Dầu A- K53
12
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Tống Thị Thanh Hương
như đặc tính vật lý của bùn đỏ từ các nhà máy luyện alumin trên thế giới được nêu ở
bảng 1.3 và bảng 1.4.
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 1.3: Hợp chất hoá học của một số loại bùn đỏ [3]
Boké
Guinea
Weipa
Australi
a
Trombeta
s
Brasil
South
Manch
Jamaic
a
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
Bảng 1.4: Hợp chất khoáng hoá của một số loại bùn đỏ [3]
Hợp chất
(%)
Boké
Weip
a
Trombeta

s
South
Manch.
Darling
Range
Iszk
a
Parnass
e
Gibbsite
Hematite
Goethite
Cancrinite
SAHS
Sodalite
Illite
Boehmite
Diaspore
Ca-Al-Si
CaTiO
2
20,0
16,0
21,0
-
-
5,0
1,2
-
2,0

33,0
3,5
18,0
-
27,0
-
2,0
2,0
-
-
-
-
38,0
19,0
27,0
-
-
0,6
1,2
-
1,5
33,0
3,5
10,0
27,0
-
2,0
2,0
-
-

-
5,6
14,5
14,5
5,4
-
4,7
3,5
2,5
1,7
-
-
33,0
6,0
22,0
10,0
-
0,8
0,7
12,5
7,0
-
38,0
1,0
16,0
-
10,0
-
0,6
0,6

10,0
10,0
SVTH: Nguyễn Hữu Dũng Lớp: Lọc Hóa Dầu A- K53
13
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Tống Thị Thanh Hương
Calcite
Quartz
Anatase
Rutile
Na-
Titanates
Magnetites
Chamosite
Ilmenite
Khác
4,6
-
7,0
19,0
2,0
-
-
-
2,2
0,5
6,0
2,0
6,0
-
-

-
-
-
1,4
2,2
2,5
0,8
-
-
-
-
5,8
0,5
6,0
2,0
6,0
-
-
-
-
2,3
37,1
1,0
-
0,6
1,3
-
1,0
3,4
3,0

-
-
-
-
-
-
-
5,0
3,6
-
-
-
-
-
6,0
-
3,7
c. 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.
d. Đặc tính vật lý của bùn đỏ
Tỷ trọng: 2,6-3,5 t/m
3
; pH: 12-13,5 (có khi tới 14); tỷ lệ lắng, Cm/Ks: 0,014-35,9
(tỷ lệ cao hơn cho thấy có cát).
Độ phân bố cỡ hạt đặc trưng của bùn đỏ (hạt mịn và hạt thô-cát) được trình bày

tại hình 1.2 [3].
Hình 1.2: Phân bố cỡ hạt mịn và thô đặc trưng của bùn đỏ
SVTH: Nguyễn Hữu Dũng Lớp: Lọc Hóa Dầu A- K53
14
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Tống Thị Thanh Hương
Người ta nhận thấy, 80% bùn đỏ có hạt mịn < 10 μm, vì vậy tốc độ lắng của các
phần tử mịn diễn ra đặc biệt chậm. Tuy nhiên, với kỹ thuật tạo bọt (là chất trợ đông)
thì quá trình lắng này có thể diễn ra nhanh.
Bùn đỏ mang tính giáp tuyến (thixotropic), nghĩa là độ nhớt giảm nhanh khi chịu
tác dụng hiệu ứng cơ như là ứng suất cắt. Giáp tuyến là một hiện tượng đảo chiều
được. Nếu độ ẩm < 28 %, bùn đỏ không có đặc tính giáp tuyến nữa.
Bùn đỏ có khuynh hướng trở nên nứt nẻ và vỡ khi khô. Trong quá trình làm khô
bùn đỏ, bụi bùn đỏ bay lên khi có gió.
Nếu bùn đỏ được tạo ra ở dạng vụn và đã được làm khô sẽ không bốc bụi. Mưa
thấm vào các bùn khô chỉ ở mức độ tối thiểu. Nếu dòng dung dịch đáy có hàm
lượng chất rắn cao từ thiết bị rửa hoặc thiết bị cô đặc xuất hiện thì xu hướng bốc
bụi không xẩy ra với bùn đỏ.
1.1.3.2. Quá trình hình thành và tính chất của bùn đỏ
Bùn đỏ là chất thải độc hại nhất của nhà máy alumin khi xử lý bauxit theo
phương pháp Bayer được nêu trong sơ đồ hình 1.1. Để hiểu rõ hơn về bản chất của
bùn đỏ người ta thường tách nó ra thành hai pha là pha rắn và pha lỏng để phân tích.
a. Pha rắn của bùn đỏ
Pha rắn của bùn đỏ được đặc trưng bởi các yếu tố chính như thành phần hóa học,
khoáng vật, cỡ hạt
- Về thành phần hóa học
Theo báo cáo tổng hợp của UNIDO, tài liệu đã chuyển giao cho Việt Nam trong
khuôn khổ dự án DPVIE 85-006, thành phần hóa học pha rắn của bùn đỏ các Nhà
máy alumin trên thế giới dao động như trong bảng dưới đây:
Bảng 1.5: Thành phần hóa học pha rắn của bùn đỏ [1]
Số TT Thành phần hóa học %

1 Al
2
O
3
5-25
2 SiO
2
1-20
3 Fe
2
O
3
25-60
4 TiO
2
1-10
5 MKN (H
2
O liên kết) 5-15
6 CaO 2-8
SVTH: Nguyễn Hữu Dũng Lớp: Lọc Hóa Dầu A- K53
15
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Tống Thị Thanh Hương
7 Na
2
O 1-10
- Về thành phần khoáng vật của bùn đỏ: Về định tính thì tương tự như thành phần
của bauxit nhưng thay đổi về định lượng và có thêm hai pha mới là
Na
2

O.Al
2
O
3
.2SiO
2
.nH
2
O và hợp chất có thành phần dao động của CaO với các cấu
tử Al
2
O
3
, Na
2
O và SiO
2
.
- Về thành phần cỡ hạt của bùn đỏ: Do bauxit trước khi đưa vào hòa tách phải
nghiền đến cỡ hạt nhỏ và do quá trình tự vỡ vụn nên bùn đỏ thường có cỡ hạt từ
mịn đến rất mịn. Đa phần bùn đỏ có cấp hạt 100% dưới sàng là 100 µk, bùn đỏ
(bauxit Jamaica) cấp dưới sàng 44 µk chiếm tới 90%.
b. Pha lỏng của bùn đỏ
Pha lỏng của bùn đỏ được đặc trưng bởi thành phần hóa học của 3 cấu tử Na
2
O
t
(NaOH + Na
2
CO

3
), Na
2
Oc (NaOH) và Al
2
O
3
.
Cũng theo tài liệu đã dẫn ở trên, thành phần hóa học của pha lỏng có thể dao
động như sau:
Na
2
O
t
= 0,6 - 8,0 g/l
Na
2
O
c
= 0,5 - 6,0 g/l
Al
2
O
3
= 0,5 - 3,0 g/l
Như đã thấy trong bùn ở pha rắn có Na
2
O ở dạng liên kết còn ở pha lỏng có Na
2
O

nhưng ở dạng tự do (NaOH). Na
2
O ở pha rắn ít độc hại còn Na
2
O trong pha lỏng là
chất độc hại nhất. Tuy vậy, khi giải quyết vấn đề bùn đỏ thì phải giải quyết tổng thể.
Trên thế giới đã có nhiều nghiên cứu nhằm sử dụng bùn đỏ vào các mục đích khác
nhau nhưng đều chưa có thể ứng dụng ở quy mô đại trà.
Bùn đỏ là chất thải không những vô dụng mà còn có thể gây ra ô nhiễm môi
trường nghiêm trọng nếu phương pháp thải và lưu giữ không đảm bảo an toàn.
1.1.4. Phương pháp thải và lưu giữ bùn đỏ
1.1.4.1. Phương pháp thải
Các nhà máy alumin thường lưu giữ bùn đỏ ở những chỗ được gọi là bãi thải bùn
đỏ. Tuy nhiên, phương pháp lưu giữ của các nhà máy thường rất khác nhau. Đã
SVTH: Nguyễn Hữu Dũng Lớp: Lọc Hóa Dầu A- K53
16
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Tống Thị Thanh Hương
từng có hai phương pháp thải bùn đỏ: Thải trên đất liền và thải xuống nước. Phương
pháp thải xuống nước (sông, biển) đã quá lỗi thời, hiện nay không sử dụng.
Những ưu nhược điểm của phương pháp thải bùn đỏ trên đất liền theo quan điểm
cả về kinh tế lẫn bảo vệ môi trường sẽ được tóm tắt dưới đây.
Phương pháp thải này gồm các nội dung:
a. Lựa chọn địa điểm thích hợp cho bãi thải
Bãi thải bùn đỏ được xây dựng và vận hành thích hợp phải đáp ứng những yêu
cầu về an toàn, bảo vệ môi trường mà trước hết là bảo vệ chất lượng của nước ngầm
và các nguồn nước xung quanh, đồng thời đáp ứng dung tích thải của nhà máy về
yêu cầu kinh tế. Những vấn đề liên quan đến địa chất thủy văn và yêu cầu của quá
trình công nghệ của nhà máy alumin cần được xem xét. Sự hợp tác rất chặt chẽ của
các nhà chuyên môn, công nghệ, địa chất, địa chất thủy văn, các kỹ sư xây dựng,
v.v là điều cần thiết.

Điều kiện thuận lợi nhất là bãi thải bùn đỏ đặt ngay gần nhà máy alumin. Như
vậy chi phí vận chuyển bùn đỏ sẽ là ít nhất. Tuy nhiên, một khoảng cách nhất định
giữa nhà máy và bãi thải cũng cần phải được chú ý nhằm đáp ứng quy định của
kiểm tra môi trường.
Để chọn được địa điểm cần thiết phải có những số liệu đã nghiên cứu như: địa
hình, thủy văn, địa chất, động đất, gió và tính chất của đất, thêm nữa là số liệu về
giá trị nông nghiệp của địa điểm lựa chọn cũng như khả năng sử dụng đất. Những
kế hoạch phát triển của khu vực và những quy định của chính phủ và nhà chức trách
cần phải được xem xét. Trong bất cứ thời điểm nào với hầu hết mỗi nước đều có sẵn
những kế hoạch hoặc quy hoạch phát triển công nghiệp và xã hội của các khu vực.
Đồng thời còn có các thông tin về số liệu bảo vệ môi trường và bảo tồn thiên nhiên,
vấn đề cung cấp nước của khu vực, vấn đề nhà cửa đã có và vấn đề về vật liệu xây
dựng, sông, hồ, biển, nước ngầm là những vấn đề mà các nhà thiết kế phải biết
trước và phân tích các phương án khác nhau trong khi lựa chọn địa điểm cuối cùng
và việc thiết kế xây dựng bãi thải phải được chọn trên cơ sở những tính toán kỹ
thuật và kinh tế, nhưng phải phù hợp với quy định của nhà chức trách cũng như với
người đặt hàng. Để chọn địa điểm cần phải có những nghiên cứu và tính toán chi
tiết: Bản đồ tỉ lệ 1:5000 đến 1:20.000 với đường đồng mức từ 1 đến 10 m phụ thuộc
vào loại hình khu vực để nghiên cứu địa hình chi tiết của bãi thải.
Những số liệu bằng ảnh hàng không cũng cần được sử dụng. Thí nghiệm chi tiết
về đất cần phải tiến hành để nghiên cứu xác định độ thấm và những đặc tính khác
của đáy. Trong trường hợp nếu quy mô thải lớn thì ngoài yếu tố kinh tế phải nghiên
SVTH: Nguyễn Hữu Dũng Lớp: Lọc Hóa Dầu A- K53
17
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Tống Thị Thanh Hương
cứu chi tiết cả vấn đề về an toàn. Kế hoạch cũng phải bao gồm cả những đòi hỏi về
công nghệ và vấn đề nước.
Sự lựa chọn để lấy một trong số những phương án là một công việc phức tạp và
cũng cần có sự hợp tác giữa các chuyên gia về công nghệ và xã hội học. Việc xây dựng
các quy định bảo vệ chất lượng nước và môi trường cần có sự tham gia của các nhà

quản lý và chuyên môn thuộc các lĩnh vực ngư nghiệp, trồng trọt, bảo tồn thiên nhiên,
lâm nghiệp, nông nghiệp, sức khỏe cộng đồng v.v Đòi hỏi phải vận hành hệ thống
thải khép kín để tránh cho trường hợp nước từ bãi thải chảy vào nguồn nước sinh hoạt
và nước ngầm. Yêu cầu phải có hệ thống giếng sử dụng xung quanh bãi thải để kiểm
soát sự thấm rỉ và thảm họa ô nhiễm nước ngầm.
Việc thực hiện những quy định này sẽ làm tăng chi phí của bãi thải. Bất luận thế
nào thì những chi phí này phải được coi là một phần chi phí cần thiết của chi phí
đầu tư và chi phí vận hành trong sản xuất alumin.
Tiếp theo đó tất cả những yếu tố quan trọng cần phải xem xét trong quá trình đo
vẽ, thiết kế, xây dựng và vận hành phải được xử lý chi tiết. Cần xem xét các loại
hình chính của bãi thải bùn đỏ cùng với những ưu và nhược điểm của chúng, những
vấn đề về làm kín đáy bãi thải, thiết bị và phương pháp đo vẽ được dùng trong cả
quá trình xây dựng và vận hành. Không nhất thiết phải xây dựng một bãi thải bùn
đỏ có sức chứa cho 20 tới 30 năm vì phải huy động vốn đầu tư khá lớn. Do đó bãi
thải bùn đỏ được xây dựng dần dần, trước hết cho 6 đến 8 năm và sau đó mở rộng
dần song song với quá trình sản xuất alumin. Như vậy, trong giai đoạn mở rộng xây
dựng bãi thải bùn đỏ tất cả những kinh nghiệm thu được của giai đoạn vận hành
trước liên quan đến công nghệ đổ thải, vấn đề thu hồi nước, vấn đề xây dựng và
chống thoát v.v có thể sử dụng để có được cách giải quyết thích hợp và kinh tế
hơn.
b. Phương pháp thải bùn đỏ trên đất liền
-Phương pháp thải ướt [3]
Loại hình tối ưu nhất cho thải bùn đỏ ướt phải được xác định bởi các điều kiện cụ
thể của địa phương. Các phương án lựa chọn như sau: Thải vào khu vực được vây
quanh bằng đê; thải vào thung lũng có đập chắn; thải vào khu vực mỏ đã khai thác
và không còn sử dụng nữa. Có thể tóm tắt kỹ thuật thải vào thung lũng có đập chắn
như sau:
Nếu gần khu vực nhà máy có thung lũng thích hợp cho thải bùn đỏ và có thể đắp
đập chắn ngang lại thì có thể dùng làm bãi thải. Các điều kiện cụ thể cần phải xem
xét và tính đến là:

SVTH: Nguyễn Hữu Dũng Lớp: Lọc Hóa Dầu A- K53
18
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Tống Thị Thanh Hương
- Thung lũng có độ dốc tự nhiên của đáy.
- Có thể kiểm tra được việc thoát nước mặt.
- Chiều cao của đập có thể tạo ra bức chắn đủ an toàn.
- Đập không gây nguy hiểm cho các công trình xây dựng và khu định cư v.v
Để khẳng định được việc lựa chọn này cần có một loạt các nghiên cứu và thử
nghiệm như:
- Điều kiện địa chất thủy văn.
- Mặt cắt của các lớp đất đá.
- Độ thấm của đất đá.
- Khả năng cung cấp tại chỗ vật liệu cho xây đập.
Vấn đề động đất:
- Điều kiện khí hậu.
- Sự hoàn hảo của đá gốc (vết nứt, sự đứt đoạn).
- Dấu vết trượt của đất đá, v.v
Để tính toán kích thước của đập cần phải có các số liệu sau:
- Lượng bùn đỏ trong năm.
- Cân bằng nước của nhá máy alumin.
- Vận chuyển nước từ bãi thải.
- Đánh giá chất lượng nước quay vòng phụ thuộc các vấn đề như: hàm lượng bùn
đỏ lơ lửng, mưa, bay hơi, thẩm thấu v.v
- Áp lực của chất thải kể cả khi có động đất.
- Những số liệu nghiên cứu về địa chất thủy văn.
- Phương pháp thải khô [3]
Thực chất là chất đống bùn đỏ sau khi lọc (đạt hàm lượng chất rắn tới 70%).
Phương pháp chất đống bùn đỏ sau khi lọc (thải khô) được lựa chọn trong những
điều kiện cụ thể như sau:
- Thiếu địa điểm phù hợp.

- Giá đất đắt và phải sử dụng hạn chế.
- Khan hiếm nước và yêu cầu tiết kiệm tối đa lượng nước tiêu thụ.
- Địa điểm là bãi phẳng nằm ngang.
- Có quy định đặc biệt nghiêm ngặt về bảo vệ môi trường
- Bãi thải nằm cận kề nhà máy alumin.
SVTH: Nguyễn Hữu Dũng Lớp: Lọc Hóa Dầu A- K53
19
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Tống Thị Thanh Hương
- Yêu cầu có hoàn thổ đất trồng.
- Điều kiện thời tiết khí hậu phù hợp.
Nội dung phương pháp thải khô
Bùn đỏ đã lọc được xử lý cơ học bằng cách khuấy mạnh để giảm độ nhớt. Sau đó
bùn được bơm từ nhà máy ra bãi thải.
Bãi thải bùn đỏ cần phải được bao quanh bằng cách đắp đập. Vật liệu xây dựng
được khai thác tại chỗ. Bùn đỏ khô hoặc bùn đỏ đã được xử lý bằng vôi có thể được
sử dụng để xây dựng đập đầu tiên. Đập có thể được đắp cao bằng bùn đỏ đã được
xử lý. Hàm lượng kiềm hòa tan trong bùn đỏ phải được giảm đến mức dưới 0,5%.
Một lớp sét hoặc một lớp bùn đỏ đã được xử lý ổn định được trôi xuống đáy. Lớp
này có khả năng hấp thụ một phần hàm lượng nước của bùn đỏ nhưng một lớp
không thấm sẽ được tạo thành bởi phần hạt mịn của hàm lượng sét trong bùn đỏ và
chính lớp này sẽ đóng vai trò hàn kín phần đáy.
Ưu, nhược điểm của phương pháp thải khô
Ưu điểm
- Bùn đỏ khô đã được rửa và lọc tốt không làm ô nhiễm môi trường. Đồng thời
không cần thiết có lớp chống thấm đặc biệt.
- Độ ẩm của bùn đỏ tại bãi thải có thể giảm xuống dưới 30% do được phơi trong
không khí.
- Nước mưa không thâm nhập vào bùn đỏ, một phần nước mưa được bay hơi,
phần khác sẽ chảy đi không gây ra hậu quả do hàm lượng chất rắn của bùn đỏ cao.
Hào bao quanh bãi thải cần được xây dựng để dẫn nước mưa.

- Sau khi thải đầy bãi thải từ 2-3 tuần, người ta đã có thể đi lại trên bề mặt và sau
4-5 tháng xe có thể chạy trên bề mặt. Đồng thời bùn đỏ rắn sau một thời gian nhất
định có thể được dùng vào việc hoàn thổ và như làm vật liệu xây dựng đập của bãi
thải hoặc các lĩnh vực xây dựng đê đập khác. Bãi thải đã hết bùn có thể lại được tiếp
tục chất bùn đỏ mới.
- Cùng một diện tích bãi thải, phương pháp này cho phép chất nhiều hơn từ 4-5
lần so với phương pháp thải bùn đỏ dạng huyền phù không lọc.
Nhược điểm
- Chi phí theo phương pháp này có thể cao hơn 30% so với phương pháp thải bùn
không lọc do nhu cầu năng lượng cao hơn cho khâu lọc, bơm và hóa chất làm dẻo
và xử lý ổn định bùn đỏ.
SVTH: Nguyễn Hữu Dũng Lớp: Lọc Hóa Dầu A- K53
20
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Tống Thị Thanh Hương
- Trong trường hợp bùn đỏ lọc quá chậm thì phương pháp này có thể không kinh
tế vì khi hoà tách ở nhiệt độ 145
o
C trong quy mô phòng thí nghiệm, bùn đỏ rất khó
lọc. Nếu muốn áp dụng phương pháp thải khô thì phải xem xét các tiêu chí nêu trên
và cần phải thực nghiệm khâu lọc. Tuy nhiên, do sự phát triển hiện nay giá đất sẽ
ngày càng cao nên phương án này có thể là một phương án kinh tế cần được xem
xét kỹ để có thể áp dụng.
Thải khô bùn đỏ nhiều lớp [3]
Phương pháp này được phát triển đầu tiên ở nhà máy alumin Burntisland,
Scotland năm 1941. Giulini GmbH ở Đức cũng là công ty đi đầu áp dụng phương
pháp này. Bùn đỏ khô cứng nhanh, đây được xem là chi phí hiệu quả và không gây
ra ảnh hưởng đến môi trường.
Các nhà máy luyện alumin của Alcoa tiếp nhận phương pháp này từ 1985. Bùn
đỏ đậm đặc trong dòng dung dịch đáy từ thiết bị rửa hoặc từ thiết bị cô đặc hoặc
thiết bị lọc ép chân không (để khử nước ra khỏi bùn đỏ) được bơm tới khu vực thải

và được trải thành những lớp trên diện tích bãi thải để khử nước bằng tháo khô và
bay hơi dưới ánh nắng mặt trời, phương pháp này làm cho bùn đỏ khô cứng tới 72%
so với 52% của phương pháp thải bùn đỏ ra ao để khô.
Tại các địa điểm áp dụng công nghệ thải khô nhiều lớp, người ta áp dụng 2 lớp
chống thấm. Ở đáy một lớp đá sét nén chặt dày 600 mm, lớp này có thể thay bằng
một lớp sét tổng hợp địa kỹ thuật. Lớp chống thấm trên là tấm màng plastic, làm
bằng polyethyene có tỷ trọng cao (HPDE), có chiều dày khoảng 1,5-1,75mm, chất
này có độ bền rất tốt trong môi trường soda nồng độ cao và trong môi trường pH.
Tất cả các biện pháp này đảm bảo tốc độ thấm nước < 10-7 - 10-12 cm/s. Thông số
này đáp ứng yêu cầu về chống rò rỉ từ việc chôn cất chất thải nguy hại của châu Âu
và Hoa Kỳ.
Người ta còn thiết lập một mạng ống trên nền chống thấm ở bãi thải, trên thành
ống có nhiều lỗ; rồi phủ lên ống một lớp cát dày 0,8-1m. Nước bùn đỏ thấm xuống
tạo thành lớp nước ngập trên nền chống thấm, rồi ngấm vào các ống qua các lỗ.
Nước trong ống được thu gom và bơm lên.
Bùn đỏ dạng vụn (không ngấm nước) hoặc bùn đỏ đậm đặc của dòng đáy do
công nghệ thải khô nhiều lớp sản xuất ra rất khó thấm nước ngay cả lúc trời mưa.
Trong những năm 70, 70-80% bùn đỏ được lưu giữ bằng phương pháp ướt (tại
các ao hồ), số còn lại lưu giữ trong biển ở 10 nhà máy luyện alumin lớn ở Hoa Kỳ,
Australia và châu Âu. Cho tới nay, bùn đỏ được thải ở dạng lỏng chiếm 66%, thải
bằng phương pháp khô nhiều lớp chiếm gần 1/3.
SVTH: Nguyễn Hữu Dũng Lớp: Lọc Hóa Dầu A- K53
21
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Tống Thị Thanh Hương

Hình 1.3: Sơ đồ thải khô nhiều lớp của Alcoa [3]
1.1.4.2. Lưu giữ bùn đỏ
Lưu giữ bùn đỏ ở ao hồ
Lưu giữ bùn đỏ ở ao hồ là cách rất phổ biến, ao hồ cần có độ sâu 6-10m, cũng có
nơi tới 20-25m. Tại những địa điểm lưu giữ được xây dựng vào những năm 60,

không có lớp chống thấm ở đáy. Có một số trường hợp bùn đỏ đã thấm vào đáy và
bờ ao hồ, làm ô nhiễm mạch nước ngầm và gây nguy hại cho sức khoẻ cộng đồng.
Sau năm 1960, người ta đã lót đáy ao hồ bằng đất sét dày 100-200mm; phương
pháp này làm giảm đáng kể sự rò rỉ nước, nhưng không hoàn toàn triệt để. Trong
những năm tiếp theo, người ta thiết kế lớp đất sét dày hơn. Alcoa đã lót lớp đất sét
dày tới 300-400 mm ở các nhà máy luyện alumin ở Tây Australia trong những năm
80. Điều tra gần đây cho thấy qua nhiều thập kỷ kiềm trong pha lỏng của bùn đỏ đã
phản ứng với đất sét, sodium-aluminium-hydrosilicate và zeolite trong một cơ chế
phản ứng phức hợp. Phản ứng này tương tự như phản ứng của khoáng sản sét trong
dung dịch Bayer, nhưng chậm hơn rất nhiều. Sự thay đổi này làm tăng tức thì tính
thấm nước của đáy lót sét, gây ô nhiễm hệ thống nước ngầm sau nhiều thập kỷ. Một
vấn đề khác là bụi bốc lên từ bề mặt bùn đỏ khô tại các địa điểm lưu giữ bùn đỏ.
Lưu giữ bùn đỏ bằng phương pháp trung hòa
SVTH: Nguyễn Hữu Dũng Lớp: Lọc Hóa Dầu A- K53
22
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Tống Thị Thanh Hương
Trung hoà bùn đỏ sẽ làm giảm tiềm năng tác động đến môi trường và cũng làm
giảm công việc quản lý khu bãi thải sau khi đóng cửa khu bãi thải. Trung hoà cũng
là cơ hội để tận dụng chất thải vì độ pH giảm đi.
Bùn đỏ đã được lưu giữ ở biển của Pháp, Hy Lạp và Nhật Bản từ nhiều năm.
Nước biển trung hoà tính kiềm của bùn đỏ. Mối quan ngại là phương pháp này có
thể gây nguy hại cho sinh vật biển. Áp dụng phương pháp này đã giảm đi trong vài
năm qua, và tiến tới sẽ dừng hẳn trong vài năm tới.
Thiêu kết bùn đỏ cũng là một phương pháp trung hoà, giữ lại được kiềm không
cho nó rò rỉ ra, tuy nhiên chi phí rất cao bởi tiêu thụ năng lượng rất lớn, không có
hiệu quả kinh tế. Ngoài ra còn có thể trung hoà bùn đỏ bằng axít và bằng xục khí
carbon dioxide và carbonate.
Lưu giữ bùn đỏ trong thùng
Bùn đỏ dạng vụn ròn từ thiết bị lọc áp lực và lọc Hi-Bar có thuộc tính dễ dàng
bốc xúc cũng được lưu giữ trong các thùng, như vậy không có bốc bụi và nước mưa

không thấm vào.
1.1.5. Thiết bị trong hệ thống rửa và khử nước bùn đỏ
1.1.5.1. Thiết bị chính
a. Thiết bị rửa buồng đơn thông thường
Máy rửa thon cổ chai buồng đơn có đường kính thường là tới 45m, chiều cao trên
6m. Đáy có thể phẳng (tháo dòng dung dịch đáy ở bên thành) hoặc đáy hình côn
(tháo dòng đáy ở tâm đáy). Thiết bị này đuợc sử dụng từ 1960. Khối lượng chất rắn
trong dòng đáy thường chiếm 22-35%, tuỳ thuộc vào loại bauxit, chất tạo bọt và độ
mịn của chất tạo bọt. Khối lượng chất rắn trong dòng đáy có thể thu được cao hơn
với loại thiết bị rửa có đáy hình côn.
b. Thiết bị siêu cô đặc bùn đỏ
Loại thiết bị này có đường kính tới 90 m, được sử dụng từ những năm 80. Thiết
bị cô này có đáy hình côn thường được đặt gần địa điểm lưu giữ bùn đỏ. Khối lượng
chất rắn trong dòng đáy thường tới 48% đối với bùn đỏ Tây Australia. Yếu điểm
của thiết bị này là mô men xoắn nghiêng lớn, yêu cầu phải có một giải pháp cơ học
tốn kém.
c. Thiết bị rửa hình côn tốc độ cao
Thiết bị rửa hình côn đầu tiên được lắp đặt trong những năm 80, thiết bị này
được cải tiến từ thiết bị rửa nhiều buồng đã lạc hậu. Nhờ thiết kế, tạo bọt tốt và
được kiểm tra quá trình rửa, nên thiết bị này có thể đạt công suất 10-20 tấn/m
2
ngày.
SVTH: Nguyễn Hữu Dũng Lớp: Lọc Hóa Dầu A- K53
23
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Tống Thị Thanh Hương
Khối lượng chất rắn của dòng đáy khoảng 50-55%. Thiết bị rửa loại này có thể
được lắp đặt có hoặc không cần độ nghiêng bên trong và không cần thiết phải tách
cát so với các máy rửa và lắng một buồng. Đường kính tối đa của loại thiết bị này là
24 m.
d. Thiết bị lọc chân không hình trống

Thiết bị loại quy mô thương mại thuộc thế hệ đầu tiên được phát triển và đưa vào hoạt
động ở Đức trong những năm 60 để rửa và khử nước của bùn đỏ. Sử dụng những con lăn
trần khiến cho vận chuyển bùn đỏ ở dạng vụn dễ dàng. Yếu điểm của thiết bị này là chất
lỏng được lọc có hàm lượng 20-40g/l, và cần thiết phải đốt chất lỏng này. Nhiều loại
thiết bị kiểu này đã được cải tiến trong những năm qua nhằm nâng cao công suất và rửa
đạt hiệu quả hơn.
Một vài thông số vận hành của thiết bị này như sau: Công suất: 150-250 kg/m
2
h;
hàm lượng chất rắn của bùn đỏ: 50-65% (độ ẩm: 35%); hàm lượng soda hòa tan
được: 0,6-1,2%; tính ổn định của bùn đã loc: bùn dính.
e. Thiết bị lọc áp lực, thiết bị lọc ép bằng tấm phẳng và khung
Hệ thống rửa bùn đỏ dòng chảy ngược được nối với máy ép lọc tại vài nhà máy
luyện trước những năm 30. Gần đây, thiết bị này được lắp đặt tại nhà máy luyện
alumin Gardanne, Pháp và nhà máy luyện alumin của công ty Aluminium de
Greece. Yếu điểm là: hoạt động không liên tục và năng suất thấp. Độ ẩm thấp
khoảng 28 %, và bùn đỏ có thể bốc xúc tốt.
f. Thiết bị lọc Hyper Baric (Hi-Bar Filtration)
Thiết bị lọc Hyper Baric dựa vào tính biến hình thể lỏng/rắn của bùn đỏ, là hàm
số giữa áp lực tách và độ cứng của bùn đỏ được thể hiện ở sơ đồ hình 1.4.
Hinh 1.4: Biến hình thể lỏng/rắn của bùn đỏ phụ thuộc áp lực tách
SVTH: Nguyễn Hữu Dũng Lớp: Lọc Hóa Dầu A- K53
24
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Tống Thị Thanh Hương
Bùn đỏ dễ vỡ vụn có thể được vận chuyển, lưu cất và cải tạo lại dễ dàng. Điều
kiện đòi hỏi độ ẩm không được > 28%. Loại bùn đỏ này không còn mang tính giáp
tuyến.
g. Thiết bị vận chuyển bùn đỏ tới địa điểm lưu giữ
- Bơm ly tâm
Bơm ly tâm được sử dụng rộng rãi để vận chuyển dung dịch bùn đỏ từ thiết bị

rửa. Yếu điểm của bơm ly tâm là chỉ thoát nước từ đầu vòi khoảng 100m mặc dù nó
được đấu nối tiếp.
- Bơm dung tích
Bơm này thường được sử dụng để vận chuyển dung dịch bùn đỏ từ thiết bị rửa
hình côn hoặc từ thiết bị lọc hình trống chân không nếu khoảng cách (tránh bị mất
áp lực) vừa phải. Bơm này là thiết bị kỹ thuật cao, đắt tiền, yêu cầu bảo dưỡng kỹ
thuật cũng ở mức độ cao.
- Vận chuyển bùn dạng cục
Chi phí vận chuyển bùn đỏ dạng vụn đã lọc tương đối rẻ. Loại hình vận chuyển
này có thể phù hợp với sự thất thường của dây chuyền sản xuất. Tuy nhiên phải có
xe tải chuyên dụng nếu vận chuyển bùn đỏ từ thiết bị lọc hình trống chân không.
- Băng tải
Băng tải là một giải pháp khác để vận chuyển bùn đỏ dạng vụn không kết dính.
1.1.5.2. Một số thiết bị công nghệ mới
a. Thiết bị lọc Hi-Bars
Thiết bị lọc này (có sử dụng hơi nước nóng) có thể tạo ra bùn đỏ với 75-77% độ
đậm đặc (độ ẩm: 23-25%), có thể bốc xúc dễ dàng. Công nghệ này rất quan trọng
bởi bùn đỏ có thể được tận dụng mà không cần lưu giữ. Đã có thử nghiệm ở qui mô
thí nghiệm và hiện trường tại Bauxilum, Venezuela và ở Aluminium Oxid Stade
GmbH, Đức. Ở đây, trên 30% soda liên kết hoá học được thải ra bằng chất khử
silicate (DSP) nếu rửa bằng nước nóng. Loại thiết bị này tạo ra loại bùn đỏ ít sinh
bụi và không thấm nước mưa nhiều.
1.1.6. Kinh nghiệm bảo tồn và phục hồi khu vực chứa bã thải bauxit
Những chú ý trong quá trình khai thác bauxit và xử lý bùn đỏ
Vấn đề khai thác
• Khai thác bauxit là việc sử dụng tạm thời đất đai.
SVTH: Nguyễn Hữu Dũng Lớp: Lọc Hóa Dầu A- K53
25