Nghiên cứu khả năng hấp phụ của bùn đỏ thô đối với phenol trong môi trường nước

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Đề tài: Nghiên cứu khả năng hấp phụ của bùn đỏ thô đối với
phenol trong môi trường nước


Sinh viên thực hiện: Phan Xuân Hoàng
Lớp: Lọc Hóa Dầu B-K53

Hà Nội, tháng 6 năm 2013

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Đề tài: Nghiên cứu khả năng hấp phụ của bùn đỏ thô đối với phenol trong
môi trường nước
Giáo viên hướng dẫn Giáo viên phản biện
TS. Tống Thị Thanh Hương


Hà Nội, tháng 6 năm 2013
LỜI CẢM ƠN
Với lòng biết ơn sâu sắc, em xin chân thành cảm ơn TS. Tống Thị Thanh Hương,
cô giáo đã giao đề tài và tận tình chỉ bảo, hướng dẫn em trong suốt quá trình thực hiện
và hoàn thành đồ án này.
Em xin chân thành cảm ơn các thầy, cô đã tạo mọi điều kiện thuận lợi giúp đỡ em
trong suốt quá trình thực tập và nghiên cứu tại phòng Thí nghiệm – Bộ môn Lọc Hóa
Dầu – Đại học Mỏ-Địa Chất Hà Nội.
Nhân đây, em xin bày tỏ lòng biết ơn với các thầy, cô giáo trường Đại học Mỏ-

Địa Chất Hà Nội, đặc biệt là các thầy, cô giáo trong Bộ môn Lọc Hóa Dầu đã tận tình
dìu dắt em trong suốt 5 năm học vừa qua.
Em xin bày tỏ lòng biết ơn đến các anh chị phòng Hóa Phân tích – Viện Hóa Học
Công nghệ và thầy Trần Minh Đức phòng Hóa Phân tích – trường Đại học Sư Phạm
Hà Nội đã hỗ trợ và giúp đỡ em rất nhiều để thực hiện đề tài này.
Cuối cùng, em xin bày tỏ lòng biết ơn đến bố mẹ, gia đình, bạn bè cùng người
thân đã động viên, ủng hộ và dành cho em mọi điều tốt đẹp nhất.
Một lần nữa, em xin chân thành cảm ơn !
Sinh viên
Phan Xuân Hoàng
i
MỤC LỤC
MỞ ĐẦU 1
Trong những năm qua nền kinh tế nước ta đã có những bước phát triển đáng khích lệ, cơ cấu
kinh tế chuyển đổi theo hướng công nghiệp hóa, hiện đại hóa. Tuy nhiên, cùng với sự phát
triển của nền kinh tế, xã hội cũng làm nảy sinh nhiều vấn đề môi trường nghiêm trọng. Môi
trường ở một số thành phố lớn, khu công nghiệp tập trung và các khu dân cư đang bị suy thoái,
ô nhiễm. Tài nguyên thiên nhiên, đa dạng sinh học đang bị cạn kiệt, sự cố môi trường có chiều
hướng gia tăng, trong đó phải kể đến thực trạng ô nhiễm môi trường nước 1
1.2.3. Các phương pháp xử lý bùn đỏ 12
1.2.4. Ứng dụng của bùn đỏ [12] 13
1.2.5. Bùn đỏ từ nhà máy hóa chất Tân Bình 15
1.3. Giới thiệu các hợp chất phenol và dẫn xuất 15
1.3.2.2. Hàm lượng cho phép của phenol và dẫn xuất trong nước 17
1.3.3. Một số phương pháp xử lý nước thải có chứa phenol bằng hấp phụ [17] 18
1.3.3.1. Phương pháp hấp phụ Phenol trong pha lỏng trên vật liệu Si-MCM-41 tổng hợp từ vỏ
trấu 18
1.3.3.2. Phương pháp hấp phụ phenol trong nước bị ô nhiễm trên sét hữu cơ 19
1.3.3.3. Phương pháp hấp phụ phenol trong nước bị ô nhiễm bằng than hoạt tính 19
CHƯƠNG 2. QUY TRÌNH THỰC NGHIỆM 21

2.1. Đối tượng nghiên cứu 21
2.2. Nội dung nghiên cứu 21
2.3. Trang thiết bị và hóa chất phục vụ nghiên cứu 21
2.3.1. Trang, thiết bị và dụng cụ 21
2.3.2. Hóa chất 22
2.4. Lấy mẫu, xử lý mẫu bùn đỏ 22
2.5. Khảo sát khả năng hấp phụ phenol của bùn đỏ 23
2.5.1. Khảo sát khả năng hấp phụ của bùn đỏ được nung ở các nhiệt độ khác nhau đối với phenol.23
2.5.3. Khảo sát ảnh hưởng của lượng chất hấp phụ tới quá trình hấp phụ 24
2.5.4. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ ban đầu của dung dịch phenol tới quá trình hấp phụ 24
2.6. Phân tích và đánh giá thực nghiệm 25
ii
2.6.1. Phương pháp xây dựng đường đẳng nhiệt hấp phụ 25
2.6.1.1. Phương trình Langmuir 25
2.6.1.2. Phương trình Frendlich 26
2.6.2. Đo nồng độ phenol bằng phương pháp sắc kí lỏng hiệu năng cao (HPLC) 27
2.6.2.1. Phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC) 27
2.6.2.2. Thiết bị sắc ký lỏng hiệu năng cao 28
2.6.3. Phương pháp nhiễu xạ Rơnghen (X-Ray Diffraction–XRD) 30
2.6.4. Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử (Atomic Absorption Spectrophotometric) 32
2.6.5. Phương pháp hiển vi điện tử quét (Scaning Electron Microscopy-SEM) 33
2.7. Xử lí số liệu thực nghiệm 33
3.1. Đặc trưng vật liệu hấp phụ 35
3.1.1. Kết quả phân tích AAS 35
3.1.2. Kết quả xác định cấu trúc pha của bùn đỏ 35
Phương pháp nhiễu xạ tia X dùng để nghiên cứu cấu trúc tinh thể của vật liệu, cho phép xác định
nhanh, chính xác các pha tinh thể, định lượng pha tinh thể và kích thước tinh thể với độ tin cậy
cao. Kết quả xác định cấu trúc pha trên thu được qua giản đồ nhiễu xạ Rownghen trên hình 3.1,
3.2 35
3.1.3. Ảnh hiển vi điện tử quét 38

Hình ảnh SEM của các mẫu được thể hiện ở hình sau: 38
3.2. Xây dựng đường chuẩn hấp phụ phenol 39
3.4.1. Khảo sát ảnh hưởng pH của dung dịch phenol ban đầu 44
3.4.3. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ phenol ban đầu 46
PHỤ LỤC 2
DANH MỤC HÌNH
STT Số hiệu hình vẽ Tên hình vẽ Trang
1 Hình 1.1 Bauxit so sánh với một đồng xu (đặt ở góc phải) 3
2 Hình 1.2
Sơ đồ dây chuyền sản xuất alumin từ quặng
bauxit
9
3 Hình 2.1 Đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir 26
4 Hình 2.2 Sự phụ thuộc của C
e
/q vào C
e
27
5 Hình 2.3 Đường hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich 27
iii
6 Hình 2.4 Sự phụ thuộc lgq vào lgC
e
28
7 Hình 2.5 Mô tả mô hình của thiết bị HPLC 29
8 Hình 2.6 Sơ đồ pha các tia X phản xạ trên tinh thể 31
9 Hình 3.1 Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu bùn đỏ thô 36
10 Hình 3.2
Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu bùn đỏ được
nung ở 800
o

C
37
11 Hình 3.3a Hình ảnh SEM mẫu bùn đỏ thô 38
12 Hình 3.3b Hình ảnh SEM mẫu bùn đỏ thô xử lý nhiệt 400
o
C 38
13 Hình 3.3c Hình ảnh SEM mẫu bùn đỏ thô xử lý nhiệt 800
o
C 39
14 Hình 3.4 Phương trình đường chuẩn của phenol 41
15 Hình 3.5 Ảnh hưởng của mẫu bùn đỏ ban đầu khác nhau 43
16 Hình 3.6
Ảnh hưởng của pH ban đầu đến hiệu suất hấp
phụ phenol
44
17 Hình 3.7
Ảnh hưởng của lượng bùn đỏ thô khác nhau đến
hiệu suất hấp phụ phenol
46
18 Hình 3.8
Ảnh hưởng của nồng độ phenol ban đầu đến hiệu
suất hấp phụ
47
19 Hình 3.9 Mô phỏng theo phương trình Langmuir 48
20 Hình 3.10 Mô phỏng theo phương trình Freundlich 48
DANH MỤC BẢNG
STT Số hiệu bảng Tên bảng Trang
1 Bảng 1.1 Phân bố các trữ lượng ở các Châu lục 4
2 Bảng 1.2 Các nước có tiềm năng lớn hàng đầu về bauxit 4
3 Bảng 1.3 Các công ty sản xuất alumin chủ yếu trên thế giới 5

4 Bảng 1.4 Thành phần hóa học của các loại bùn đỏ khác nhau 11
5 Bảng 1.5
Thành phần hóa học của bùn đỏ theo phương pháp
thải ướt
12
6 Bảng 1.6
Giá trị giới hạn cho phép của tổng nồng độ phenol và
dẫn xuất
18
7 Bảng 1.7
So sánh các hằng số hấp phụ đường đẳng nhiệt của
phenol bằng các chất hấp phụ khác nhau
21
8 Bảng 2.1
Tập hợp một số loại cột, pha tĩnh, pha động và các
hợp chất phân tích thông dụng đối với máy đo HPLC
30
9 Bảng 3.1 Kết quả phân tích thành phần chính của bùn đỏ thô 35
10 Bảng 3.2 Cấu trúc pha của các hợp phần trong bùn đỏ thô 36
iv
11 Bảng 3.3
Cấu trúc pha của các hợp phần trong mẫu bùn
đỏ được nung ở 800
o
C 37
12 Bảng 3.4 Sự phụ thuộc nồng độ của phenol vào diện tích pic 40
13 Bảng 3.5
Hiệu suất hấp phụ tương ứng với các mẫu bùn đỏ
được xử lý khác nhau
42

14 Bảng 3.6
Hiệu suất hấp phụ phenol tương ứng với pH ban đầu
khác nhau
44
15 Bảng 3.7
Hiệu suất hấp phụ tương ứng với hàm lượng bùn đỏ
đem hấp phụ
45
16 Bảng 3.8 Ảnh hưởng của nồng độ phenol ban đầu 46
17 Bảng 3.9 Các giá trị xây dựng các đường đẳng nhiệt hấp phụ 47
18 Bảng 3.10 Các hệ số của phương trình Freundlich và Langmuir 49
v
Trường: Đại Học Mỏ Địa Chất Lớp: Lọc Hóa Dầu B-
K53
MỞ ĐẦU
Trong những năm qua nền kinh tế nước ta đã có những bước phát triển
đáng khích lệ, cơ cấu kinh tế chuyển đổi theo hướng công nghiệp hóa, hiện đại
hóa. Tuy nhiên, cùng với sự phát triển của nền kinh tế, xã hội cũng làm nảy sinh
nhiều vấn đề môi trường nghiêm trọng. Môi trường ở một số thành phố lớn, khu
công nghiệp tập trung và các khu dân cư đang bị suy thoái, ô nhiễm. Tài nguyên
thiên nhiên, đa dạng sinh học đang bị cạn kiệt, sự cố môi trường có chiều hướng
gia tăng, trong đó phải kể đến thực trạng ô nhiễm môi trường nước.
Nước là tài nguyên thiên nhiên quý giá, là yếu tố không thể thiếu được cho mọi
hoạt động sống trên Trái đất. Việt Nam tuy là xứ sở nhiệt đới nhưng nguồn nước sạch
đang ngày càng cạn kiệt vì nhiều lý do khác nhau, trong đó có vấn đề nhiễm bẩn nguồn
nước bởi các dòng nước thải của con người và các nhà máy. Điều đó đòi hỏi chúng ta
phải nghiên cứu và đề xuất các biện pháp xử lý nước thải có hiệu quả để đảm bảo sự
phát triển bề vững của môi trường.
Các hoạt động công nghiệp và sinh hoạt hàng ngày của con người đã, đang thải
vào nguồn nước một lượng lớn các chất độc hại trong đó có phenol, ảnh hưởng không

nhỏ đến môi sinh và cuộc sống chúng ta. Do đó việc tìm ra các quy trình xử lý nhằm
loại bỏ các chất độc hại nói chung, phenol nói riêng ra khỏi môi trường nước có ý
nghĩa hết sức to lớn.
Trong thời gian gần đây, một số công trình nghiên cứu với những phương pháp
khác nhau đã được thực hiện nhằm đưa ra các quy trình tách loại phenol ra khỏi nguồn
nước bị ô nhiễm. Trong đó, phương pháp sử dụng vật liệu hấp phụ được đánh giá cao
về tính hiệu quả, đơn giản, chi phí thấp cũng như quy trình xử lý thân thiện với môi
trường. Vật liệu được nhắm đến là bùn đỏ, cũng là một chất thải gây ô nhiễm môi
trường, chúng cần được xử lý sao cho thân thiện với môi trường và được tận dụng làm
vật liệu hấp phụ.
Bùn đỏ là chất thải có độ kiềm cao, mịn, khó đóng rắn, chứa nhiều tạp chất nên
dễ phát tán gây ô nhiễm môi trường. Việc nghiên cứu sử dụng bùn đỏ vào các lĩnh vực
phù hợp là cần thiết nhằm hạn chế sự tác động tiêu cực đến môi trường, nâng cao hiệu
quả kinh tế - xã hội cho cả ngành khai thác và chế biến quặng bauxit đầy tiềm năng ở
Đồ Án Tốt Nghiệp SV: Phan Xuân Hoàng
1
Trường: Đại Học Mỏ Địa Chất Lớp: Lọc Hóa Dầu B-
K53
nước ta.
Cho đến nay, bùn đỏ đã được nghiên cứu ứng dụng vào nhiều lĩnh vực khác nhau
như làm đất canh tác, bột màu, phụ gia trong xi măng,… Với thành phần chủ yếu là các
oxit sắt, nhôm, silic, titan, … nhưng ở dạng bền, kém hoạt động, bùn đỏ cần được hoạt
hóa.
Với mục đích tận thu chất thải để xử lý môi trường, đồ án của em là “Nghiên
cứu khả năng hấp phụ của bùn đỏ thô đối với phenol trong môi trường nước”.
Đồ án được thực hiện với nội dung chính sau:
- Tìm kiếm vật liệu từ chất thải, có thể tái tạo để hấp phụ, loại bỏ phenol và các
hợp chất của phenol trong nước, không làm nguồn nước bị ô nhiễm.
- Khảo sát các yếu tố (pH, liều lượng bùn đỏ, nồng độ phenol ban đầu, nhiệt độ
hoạt hóa bùn đỏ) ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ của bùn đỏ thô đối với phenol trong

nước.
Đồ Án Tốt Nghiệp SV: Phan Xuân Hoàng
2
Trường: Đại Học Mỏ Địa Chất Lớp: Lọc Hóa Dầu B-
K53
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1. Quá trình khai thác và chế biến bauxit
1.1.1. Giới thiệu về bauxit
Bauxit là một loại quặng nhôm trầm tích có màu hồng, nâu (hình 1.1) được hình
thành từ quá trình phong hóa các đá giàu nhôm hoặc tích tụ từ các quặng có trước bởi
quá trình xói mòn. Quặng bauxit phân bố chủ yếu trong vành đai xung quanh xích đạo
đặc biệt trong môi trường nhiệt đới. Từ bauxit có thể tách ra alumin (Al
2
O
3
), nguyên
liệu chính để luyện nhôm trong các lò điện phân, chiếm 95% lượng bauxit được khai
thác trên thế giới. Tên gọi của loại quặng nhôm này được đặt theo tên gọi làng Les
Baux-de-Provence ở miền nam nước Pháp, tại đây nó được nhà địa chất học là Pierre
Berthier phát hiện lần đầu tiên năm 1821. Thành phần hóa học chủ yếu là Al
2
O
3
, SiO
2
,
Fe
2
O
3

, CaO, TiO
2
, MgO… trong đó, Al
2
O
3
là thành phần chính của quặng.
Hình 1.1: Bauxit so sánh với một đồng xu (đặt ở góc phải)
1.1.2. Khai thác và chế biến bauxit trên thế giới
Theo công bố của cục khảo sát Địa chất Mỹ vào tháng 1 năm 2009 thì tiềm năng
bauxit toàn thế giới khoảng 55 – 57 tỷ tấn, phân bố trên các Châu lục như bảng 1.1:
Đồ Án Tốt Nghiệp SV: Phan Xuân Hoàng
3
Trường: Đại Học Mỏ Địa Chất Lớp: Lọc Hóa Dầu B-
K53
Bảng 1.1: Phân bố các trữ lượng ở các Châu lục
STT Châu lục Tỷ lệ phân bố (%)
1 Châu Phi 33
2 Châu Đại Dương 24
3 Châu Mỹ và Caribe 22
4 Châu Á 15
5 Các nơi khác 6
Trên thế giới có khoảng 40 nước có bauxit, trong đó những nước có tiềm năng
lớn hàng đầu được trình bày ở bảng 1.2:
Bảng 1.2: Các nước có tiềm năng lớn hàng đầu về bauxit
STT Tên nước Trữ lượng Bauxit (10
9
tấn)
1 Guinea 8,6
2 Australia 7,8

3 Việt Nam 5,5
4 Brazil 2,5
5 Jamaica 2,5
6 Trung Quốc 2,3
7 Ấn Độ 1,4
Hầu hết các nước có nguồn bauxit lớn đều khai thác để chế biến trong nước hoặc
xuất khẩu. Hiện nay trên thế giới có khoảng 20 nước khai thác bauxit, 33 nước sản xuất
alumin và 45 nước điện phân nhôm [13].
Khai thác bauxit và sản xuất alumin phụ thuộc chủ yếu vào nhu cầu nhôm của thế
giới. Từ những năm 1990, tốc độ sản xuất nhôm cao hơn sản xuất bauxit-alumin. Năm
1999 sản lượng alumin của thế giới là 45,784 triệu tấn, năm 2005 là 60,833 và đến năm
2006 đã là 72,200 triệu tấn. Bauxit chủ yếu dùng cho ngành luyện kim, trong khi
bauxit được dùng cho ngành công nghiệp khác như: vật liệu chịu lửa, vật liệu mài, vật
Đồ Án Tốt Nghiệp SV: Phan Xuân Hoàng
4
Trường: Đại Học Mỏ Địa Chất Lớp: Lọc Hóa Dầu B-
K53
liệu gốm sứ chỉ dao động trong khoảng 7 triệu tấn/năm. Hiện nay trên thế giới có
khoảng 94 công ty sản xuất alumin, trong đó một số công ty được trình bày ở bảng 1.3:
Bảng 1.3: Các công ty sản xuất alumin chủ yếu trên thế giới [1]
STT Công ty Công suất thiết kế (tấn) Sản xuất thực tế (tấn)
1 Alcoa 13.497.000 13.409.000
2 Chalco 6.915.000 6.915.000
3 Alcn 6.183.000 6.173.000
4 BHP Billiton 4.289.000 4.217.000
5 Glencore 4.005.000 3.957.000
6 Comalco 3.381.000 3.381.000
7 Rusal 3.359.000 2.944.000
8 Sual 2.071.000 2.071.000
9 Nalco 1.580.000 1.580.000

10 Hydro 1.389.000 1.363.000
11 Khác 17.673.000 15.668.000
Tổng 64.342.000 61.678.000
1.1.3. Khai thác và chế biến bauxit ở Việt Nam
Việt Nam được xác định là một trong những nước có nguồn tài nguyên bauxit vào
loại lớn trên thế giới, tổng trữ lượng và tài nguyên dự báo khoảng 5,5 tỷ tấn, trong đó
khu vực miền Nam khoảng 5,4 tỷ tấn (chiếm 98% tổng trữ lượng cả nước), trong đó
gồm Đăk Nông khoảng 3,42 tỷ tấn (chiếm 62% tổng trữ lượng); Lâm Đồng khoảng
975 triệu tấn (chiếm 18%); Gia Lai – Kon Tum khoảng 806 triệu tấn (chiếm 15%) và
Bình Phước khoảng 217 triệu tấn (chiếm 4%) và một số khu vực ven biển Quảng Ngãi
và Phú Yên [1, 2, 3]. Đây là yếu tố quan trọng và quyết định việc phát triển ngành công
nghiệp khai thác bauxit, sản xuất alumin và nhôm kim loại của Việt Nam.
Theo báo cáo “Nghiên cứu cơ sở khoa học và thực tiễn để xây dựng quy phạm
phân cấp trữ lượng tài nguyên các mỏ bauxit Việt Nam – Văn phòng Hội đồng đánh
giá trữ lượng khoáng sản – Bộ Tài nguyên và Môi trường. Hà Nội, 2005”: Căn cứ vào
Đồ Án Tốt Nghiệp SV: Phan Xuân Hoàng
5
Trường: Đại Học Mỏ Địa Chất Lớp: Lọc Hóa Dầu B-
K53
nguồn gốc tạo thành, quặng bauxit được phân chia thành 2 loại là quặng trầm tích
(trong đó một số mỏ, điểm quặng bị biến chất) và quặng phong hóa laterit. Các mỏ
bauxit trầm tích phân bố chủ yếu ở miền Bắc, có thành phần khoáng vật chính mono-
hydrat (oxit nhôm ngậm 1 nước: bơmit γ-Al
2
O
3
.H
2
O, diaspor α-Al
2

O
3
.H
2
O); Các mỏ
phong hóa laterit phát triển chủ yếu ở miền Nam và thành phần chính là tri-hydrat (oxit
nhôm ngậm 3 nước: gipxit γ-Al
2
O
3
.3H
2
O).
Căn cứ điều kiện tạo thành và thành phần vật chất, quặng bauxit trầm tích được
phân làm 2 loại quặng gốc và sa khoáng.
Các thân quặng gốc thường nằm trong tần bauxit gồm có bauxit, alit, đá phiến
sét, phiến sét than và phiến silic (mỏ Táp Ná – Cao Bằng, Tam Lung – Lạng Sơn),
quặng gồm diaspor, bơmit, hydrohematit, kaolinit… Chất lượng quặng tùy thuộc vào
từng mỏ: Al
2
O
3
41-47%; SiO
2
5,5-14% (mỏ Táp Ná); Al
2
O
3
49,51%; SiO
2

12,68%;
Fe
2
O
3
22,19%; TiO
2
2,67% (mỏ Tam Lung); Al
2
O
3
49,1-56,9%; SiO
2
11,6-12,21%;
Fe
2
O
3
9,76-25,24%; TiO
2
2,50-6,76% (mỏ Mèo Vạc).
Quặng sa khoáng là sản phẩm của quá trình phong hóa, phá hủy quặng gốc tại
chỗ (sa khoáng eluvi) ở sườn đồi hoặc sườn núi (deluvi) hoặc lắng đọng tại các thung
lũng (aluvi). Quặng sa khoáng nguyên khai có chất lượng thấp vì có lẫn nhiều tạp chất
– chủ yếu là sét kaolinit. Để nâng cao chất lượng người ta phải qua tuyển đãi bằng
phương pháp thông thường – tuyển rửa. Các mỏ bauxit nguồn gốc phong hóa laterit
chiếm ưu thế tuyệt đối về quy mô trữ lượng. Ở miền Bắc thành tạo bauxit laterit được
phát hiện ở Điện Biên Phủ, bauxit hình thành trong vỏ phong hóa đá bazan, thành phần
khoáng vật chủ yếu là gipxit, hàm lượng Al
2

O
3
43,13-47,37%; SiO
2
1,64-9,66%; Fe
2
O
3
17,83-19,61%; TiO
2
4,1-4,15%; Ngoài ra, ở Phủ Quỳ-Nghệ An, Tân Phủ- Tuyên
Quang với trữ lượng nhỏ.
Ở miền Nam trữ lượng bauxit laterit thuộc loại tầm cỡ thế giới có hầu hết ở các
tỉnh Tây Nguyên, tại vùng Đăk Nông bao gồm các mỏ 1-5, Quảng Sơn, Nhân Cơ, Gia
Nghĩa, Bắc Gia Nghĩa, Đăk Song, Tuy Đức, tại vùng Bảo Lộc – Di Linh bao gồm các
mỏ Bảo Lộc, Tân Rai, Đồi Nam Phương…, tại vùng Congplông – Kanac bao gồm các
mỏ Công Hà Nừng, Măng đen, tại vùng duyên hải bao gồm các mỏ Quảng Ngãi, Vân
Hòa – Phú Yên.
Đồ Án Tốt Nghiệp SV: Phan Xuân Hoàng
6
Trường: Đại Học Mỏ Địa Chất Lớp: Lọc Hóa Dầu B-
K53
Công nghiệp khai thác bauxit ở nước ta còn mới và rất nhỏ bé. Trong các năm
1937-1943, Pháp đã khai thác ở mỏ Lỗ Sơn (Hải Dương) khoảng 36.000 tấn và 160 tấn
bauxit ở mỏ Bản Láng – Lạng Sơn để sản xuất đá mài. Sau hòa bình lập lại, hàng năm
quặng bauxit ở mỏ Lỗ Sơn vẫn tiếp tục được khai thác với sản lượng rất nhỏ.
Ở miền Nam, năm 1977 mỏ Đồi Nam Phương – Lâm Đồng được chính thức đưa
vào khai thác với công suất thiết kế 10.000 tấn quặng/năm để cung cấp quặng bauxit
cho nhà máy Hóa chất Tân Bình. Cho tới nay xí nghiệp khai thác, tuyển khoáng ở đây
vẫn tiếp tục sản xuất ổn định và không ngừng phát triển. Công nghệ khai thác ở mỏ này

là công nghệ khai thác lộ thiên: Sử dụng ô tô – máy xúc; Công nghệ tuyển là công nghệ
tuyển rửa kết hợp với sang phân cấp loại bỏ đi cấp hạt mịn (quặng đuôi) chứa nhiều
silic.
1.2. Bùn đỏ [4]
Bùn đỏ là sản phẩm thải rắn của quá trình tuyển rửa quặng bauxit để tách alumin,
tiền chất quan trọng cho công nghiệp sản xuất nhôm. Bùn đỏ là hỗn hợp của xút dư có
lẫn tạp chất là các oxit kim loại và muối vô cơ rắn. Loại bùn này có màu đỏ do sự có
mặt của các ion sắt bị oxi hóa với thành phần khối lượng có thể lên đến 60%. Bình
quân mỗi tấn nhôm được lấy ra từ 4 tới 5 tấn bauxit, thải ra 3 tấn bùn đỏ.
Bùn đỏ có 2 nguy cơ. Thứ nhất là sự độc hại tức thời: trong bùn có xút (từ 3 đến
12 kg xút cứ mỗi tấn nhôm được sản xuất), và những chất ăn da khác như oxit canxi,
hay vôi sống. Khi hòa tan trong nước mưa hay trong những dòng nước, chúng tạo ra
môi trường có độ kiềm rất cao làm bỏng da người. Thứ nhì, về dài hạn, nguy cơ xuất
phát từ những nhân tố kim loại có trong các chất thải này, gồm có rất nhiều oxit sắt,
oxit nhôm hay alumin, silic, titan, chì, crôm, và có thể cả thủy ngân nữa. Oxit nhôm ở
thể rắn thì không độc, nhưng ở trong một dung dịch, nó có hoạt tính cao và có thể
xuyên thấu các màng sinh học. Tương tự, crôm có khả năng gây ung thư. Chì và thủy
ngân cũng tùy theo nồng độ và dạng thức hóa học mà gây tác hại. Điều chắc chắn là
các oxit kim loại này ở liều lượng cao đều có tiềm năng độc hại đối với động, thực vật.
Như chúng ta đã biết, thảm họa bùn đỏ ở Hungary không chỉ gây ra những thiệt
hại to lớn ngay trước mắt mà còn để lại những hậu quả lâu dài trong nhiều năm nữa.
Đây không chỉ đơn thuần là một thảm họa, mà còn là bài học nhãn tiền cho nhiều quốc
Đồ Án Tốt Nghiệp SV: Phan Xuân Hoàng
7
Trường: Đại Học Mỏ Địa Chất Lớp: Lọc Hóa Dầu B-
K53
gia.
1.2.1. Quy trình Bayer – Nguồn gốc sinh ra bùn đỏ
Từ khi được phát minh đến nay, công nghệ Baye vẫn chiếm chủ đạo trong công
nghiệp sản xuất alumin của thế giới. Hiện nay và dự báo trong tương lai, khoảng 90%

sản lượng alumin của thế giới vẫn được sản xuất bằng công nghệ này.
Hiện nay, trên thế giới vẫn tồn tại 2 công nghệ Bayer sản xuất alumin từ bauxit.
Công nghệ bayer Châu Âu và công nghệ bayer Châu Mỹ. Bauxit dạng gipxit
(hydratgilit) dễ dàng tách thì chỉ cần áp dụng công nghệ Bayer của Châu Mỹ, bauxit
khó hòa tách như bơmit hay diaspor thường phải áp dụng công nghệ Bayer của Châu
Âu hoặc kết hợp công nghệ Bayer với thiêu kết hoặc thiêu kết đối với bauxit diaspor
chứa nhiều silic.
Bùn đỏ là chất thải sinh ra từ quá trình sản xuất nhôm bằng quy trình Bayer. Bản
chất của phương pháp Bayer là việc sử dụng dung dịch kiềm đặc NaOH ở nhiệt độ cao
để hòa tan chọn lọc các khoáng vật nhôm hidroxit có trong quặng bauxit, được tóm tắt
trong các phương trình 1.1, 1.2, 1.3 dưới đây. Nhiệt độ của phản ứng còn tùy thuộc vào
thành phần của gibbsite (γ-Al(OH)
3
), boehmite (γ-Al(O)OH), và diaspore (α-Al(O)OH)
trong quặng bauxit. Bauxit có hàm lượng gibbsite cao thì đòi hỏi nhiệt độ hòa tách thấp
hơn (khoảng 145 – 175
o
C), trong khi với hàm lượng boehmite và diaspore cao thì cần
hòa tách ở nhiệt độ cao hơn (khoảng 175 – 245
o
C) và nồng độ kiềm mạnh hơn.
Hòa tách:
Al(OH)
3(s)
+ NaOH
(aq)
 Na
+
Al(OH)
4(aq)

-
(Gibbsitic bauxit) (1.1)
AlO(OH)
(s)
+ NaOH
(aq)
+ H
2
O  Na
+
Al(OH)
4(aq)
-
(Boehmitic bauxit) (1.2)
Kết tủa:
Na
+
Al(OH)
4(aq)
-
 Al(OH)
3(s)
+ NaOH
(aq)
( 1.3)
Tạo alumin:
2Al(OH)
3(s)
 Al
2

O
3
+ 3H
2
O (1.4)
Sản phẩm của quy trình tạo ra dung dịch natri aluminat và phần bã rắn không tan
(gồm 45% dịch lỏng và 55% cặn bùn), hay còn gọi là bùn đỏ, được tách ra bằng
phương pháp lắng gạn. Thông thường cứ mỗi tấn nhôm được sản xuất ra thì có khoảng
Đồ Án Tốt Nghiệp SV: Phan Xuân Hoàng
8
Trường: Đại Học Mỏ Địa Chất Lớp: Lọc Hóa Dầu B-
K53
1 – 1.5 tấn bùn đỏ, do đó lượng bùn đỏ thải ra hàng năm là rất lớn. Bùn đỏ có độ kiềm
rất lớn (pH khoảng 10 – 13) nên đòi hỏi phải trung hòa về pH < 9 (tốt nhất là khoảng
8.5 – 8.9) trước khi được thải ra môi trường. Phần dung dịch lỏng của bùn đỏ vẫn còn
chứa một lượng tương đối cao aluminium và một số anion của kim loại chuyển tiếp
khác. Một số trong số chúng có thể gây hại cho môi trường, do đó chúng phải được
loại bỏ trước khi thải vào môi trường.
Hình 1.2: Sơ đồ dây chuyền sản xuất alumin từ quặng bauxit
Sự khác nhau về tính chất lý, hóa và khoáng vật của bùn đỏ là do nguồn quặng
bauxit và quá trình hòa tách được sử dụng. Nhìn chung, thành phần của bùn đỏ còn chủ
yếu là các sắt oxit (hematite, goethite), boehmite, một số aluminium hydroxit, canxi
oxit, titan oxit (anatase và rutile), thạch anh, sodalite. Những thành phần này giúp cho
bùn đỏ có độ bền hóa học và giúp tạo nên bùn đỏ có độ hoạt động bề mặt cao.
1.2.2. Công nghệ thải bùn đỏ và đặc tính của bùn đỏ
Bùn đỏ là bã thải của quá trình sản xuất nhôm từ quặng bauxit theo phương pháp
Bayer. Do tính kiềm cao và lượng bùn thải lớn, bùn đỏ sẽ là tác nhân gây ô nhiễm môi
trường nghiêm trọng nếu không được quản lý tốt. Bùn đỏ bao gồm các thành phần
chính như: Hematit, natri-silicat, natri-alumosilicat, canxi-titanat, mono-hydrat nhôm…
Đồ Án Tốt Nghiệp SV: Phan Xuân Hoàng

9
Trường: Đại Học Mỏ Địa Chất Lớp: Lọc Hóa Dầu B-
K53
và một lượng xút dư thừa do quá trình hòa tan và tách quặng bauxit.
1.2.2.1. Công nghệ thải bùn đỏ
Theo dự án ATF-06-03 (2006-2011) về cơ sở dữ liệu bùn đỏ và hồ chứa bùn đỏ
(Bauxit Residue and Disposal - BraDD) do 7 nước hợp tác tiến hành, bao gồm Mỹ,
Canada, Úc, Trung Quốc, Ấn Độ, Nhật Bản, Hàn Quốc mới công bố vào tháng 12 năm
2008 cho thấy [1]: Trên thế giới hiện nay có khoảng 73 nhà máy sản xuất alumin phân
bố ở các châu lục trên thế giới, trong đó: 1 ở Guine (Châu Phi); 3 ở Canada, 5 ở Mỹ
(Bắc Mỹ); 6 ở Brazil, 4 ở Jamaica, 1 ở Suriname, 1 ở Venezuela (Nam Mỹ); 5 ở Trung
Quốc, 3 ở Nhật Bản, 8 ở Ấn Độ, 1 ở Khazakhstan, 1 ở Thổ Nhĩ Kì, 1 ở Iran (Châu Á);
4 ở Pháp, 2 ở Đức, 1 ở Hy Lạp, 1 ở Ireland, 1 ở Ý, 1 ở Tây Ban Nha (Tây Âu); 7 ở
Nga, 2 ở Ukraina, 1 ở Montenegro, 2 ở Hungary, 1 ở Bosnia Herzegovina, 1 ở
Romania, 1 ở Slovakia (Đông và Trung Âu); 7 ở Úc, 1 ở Bahrain (Châu Đại dương)
đều sử dụng cả 2 phương pháp thải bùn đỏ là thải khô và thải ướt, chủ yếu tập trung ở
Trung Quốc, Ấn Độ và các nước đang phát triển trong đó có cả dự án đang được tiến
hành tại Việt Nam.
Thải bùn đỏ trên đất có 2 phương pháp là thải khô hoặc thải ướt:
- Thải khô là bơm bùn ra bãi thải với hàm lượng chất rắn rất cao, tiết kiệm diện
tích nhưng tốn kém và phức tạp hơn, thích hợp với những vùng có lượng bốc hơi lớn
hơn so với lượng mưa.
- Thải ướt là bơm bùn thải với hàm lượng chất rắn thấp hơn, đỡ tốn kém, thích
hợp với các vùng có các thung lũng dễ tạo thành hồ chứa.
Theo tính toán của nhà thầu Chalieco – Trung Quốc: Với dự án Nhân Cơ công
suất 600.000 tấn alumin/năm, lượng bùn đỏ khô sẽ là 566.000 tấn/năm, dung dịch bám
theo bùn đỏ (được bơm tuần hoàn về nhà máy khoảng 70%) là 610.000 tấn/năm. Với
dự án Lâm Đồng công suất 600.000 tấn alumin/năm, lượng bùn đỏ khô sẽ là 636.720
tấn/năm, dung dịch bám theo bùn đỏ (được bơm tuần hoàn về nhà máy khoảng 70%) là
687.720 tấn/năm. Cả 2 nhà máy Nhân Cơ và Lâm Đồng lượng bùn đỏ thải ra khoảng

1,2 - 1,3 triệu tấn/năm.
1.2.2.2. Thành phần và tính chất của bùn đỏ
Theo tính toán, hàng năm có khoảng 50 đến 80 triệu tấn bùn đỏ được thải ra trên
Đồ Án Tốt Nghiệp SV: Phan Xuân Hoàng
10
Trường: Đại Học Mỏ Địa Chất Lớp: Lọc Hóa Dầu B-
K53
toàn cầu. Như đã biết, các loại bauxit khác nhau thì thành phần hóa học của chúng khác
nhau và công nghệ để sản xuất ra alumin cũng khác nhau, dẫn đến thành phần hóa học
cũng như đặc tính vật lý của bùn đỏ khác nhau. Bảng 1.4 nêu thành phần hóa học của
bùn đỏ từ một số nhà máy luyện alumin trên thế giới [6].
Bảng 1.4: Thành phần hóa học của các loại bùn đỏ khác nhau
Thành
phần
Boke
Guine
Wiepa
Úc
Trombetas
Brazil
South
Manch
Jamaica
Iska
Hungary
Parnasse
Hy Lạp
Al
2
O

3
14,0 17,2 13,0 10,7 14,4 13,0
SiO
2
7,0 15,0 12,9 3,0 12,5 12,0
Fe
2
O
3
32,1 36,0 52,1 61,9 38,0 41,0
TiO
2
27,4 12,0 4,2 8,1 5,5 6,2
MKN 10,0 7,3 6,4 8,4 9,6 7,1
Na
2
O 4,0 9,0 9,0 2,3 7,5 7,5
CaO 3,2 - 1,4 2,8 7,6 10,9
Khác 2,3 3,5 1,0 2,8 4,9 2,3
Công nghệ sản xuất alumin được lựa chọn trong các dự án Tân Rai – Lâm Đồng
và Nhân Cơ – Đăk Nông là công nghệ sản xuất alumin bằng phương pháp Bayer Châu
Mỹ (Công nghệ thủy luyện bằng kiềm ở nhiệt độ thấp). Như vậy thực chất bùn đỏ là
cặn (các thành phần có trong bauxit) không hòa tan trong kiềm và thu được trong quá
trình hòa tách bauxit với dung dịch kiềm NaOH. Thành phần khoáng vật của bùn đỏ là
các oxit – chủ yếu là oxit sắt nên có màu đỏ, các hợp chất mới tạo thành như Na-
Aluminium-Hydrosilicat, Ca-Aluminium-Hydrosilicat… Do chúng có liên kết hóa học
với kiềm (hoặc kiềm bám theo) nên bùn đỏ có độ bám dính rất lớn (nhất là sau khi nó
đã lắng tốt hoặc đã khô) đặc tính lý-hóa của bùn đỏ không như bùn đất thông thường.
Mặt khác khi thải bùn đỏ ở dạng ướt sẽ có 54,4% chất thải ở dạng lỏng, chủ yếu là
NaOH còn dư, muối Aluminat và nước. Pha rắn chiếm 45,6% có thành phần chủ yếu là

oxit kim loại.
Đồ Án Tốt Nghiệp SV: Phan Xuân Hoàng
11
Trường: Đại Học Mỏ Địa Chất Lớp: Lọc Hóa Dầu B-
K53
Bùn đỏ của công nghệ Bayer, theo phương pháp thải ướt sẽ có thành phần chính
như sau [3]:
Bảng 1.5: Thành phần hóa học của bùn đỏ theo phương pháp thải ướt
Thành phần hóa
học bùn đỏ
Hàm lượng
(%)
Thành phần dung dịch
bám dính theo bùn đỏ
Hàm lượng
(g/L)
Fe
2
O
3
25 – 60 NaOH tổng 0,6 – 8,0
Al
2
O
3
5 – 25 Al
2
O
3
0,5 – 3,0

SiO
2
1 – 20
TiO
2
1 – 10
NaOH 1 – 10
CaO 2 – 8
MKN (mất khi nung) 5 – 15
1.2.3. Các phương pháp xử lý bùn đỏ
Bùn đỏ có độ pH rất cao, vì thế trước khi đổ ra bãi chứa cần phải trung hòa lượng
kiềm dư trong pha lỏng để tránh ô nhiễm, bên cạnh đó việc lựa chọn nơi chứa rất quan
trọng vì vừa phải đảm bảo yêu cầu nguồn nước, đất trồng và môi trường dân cư lân
cận…và phải đảm bảo tính khả thi, tính kinh tế, nhưng tiện lợi nhất là xây dựng bãi
chứa ở gần nhà máy để tránh chi phí chuyên chở. Vì vậy việc xử lý bùn trước khi thải
là rất cần thiết để tránh ô nhiễm môi trường xung quanh. Trên thế giới có hai khuynh
hướng: chứa bùn đỏ trên đất liền và đổ bùn xuống sông, biển.
Đối với biện pháp thải bùn đỏ ra sông, đây là phương pháp đơn giản mà trước đây
nhiều nhà máy thường dùng. Nhưng các chuyên gia nghiên cứu bảo vệ môi trường
khẳng định các phương pháp này không an toàn do bùn quá mịn nên khó lắng, thêm
vào đó chế độ thủy triều mỗi ngày đã phát tán lượng bùn đỏ khắp nơi, hàm lượng kiềm
trong nước tăng cao làm nước bị ô nhiễm kéo theo thảm thực vật dưới nước chết hàng
loạt, gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến đời sống kinh tế của vùng dân cư xung quanh.
Hiện nay phương pháp này đã bị cấm sử dụng.
Đối với việc chứa bùn trên đất liền, thì tùy theo địa hình của từng nơi đặt nhà máy
Đồ Án Tốt Nghiệp SV: Phan Xuân Hoàng
12
Trường: Đại Học Mỏ Địa Chất Lớp: Lọc Hóa Dầu B-
K53
mà các nhà sản xuất thiết kế bãi chứa cho phù hợp. Nếu địa hình bằng phẳng, họ xây

dựng các tuyến đập chắn bao bọc xung quanh, khi nhà máy ở gần các vùng đất trũng tự
nhiên hay thung lũng, lợi dụng điều kiện thuận lợi của địa hình này người ta chứa bùn
thải, cũng bao bọc các vũng chứa bằng các đập chắn, thiết kế đảm bảo tính chống thấm
cao cho lớp đất nền và cho các đập chắn. Đôi khi các nhà sản xuất cũng tận dụng các
hầm mỏ cũ để chứa bùn thải, cách này ít tốn kém vì tận dụng được địa thế thuận lợi tự
nhiên của khu mỏ. Khi thiếu đất để xây dựng bãi chứa, người ta có thể chất đống bùn
đỏ sau khi đã lọc và rửa sạch kiềm. Tóm lại, dù tồn trữ bùn đỏ dưới bất cứ hình thức
nào nhà sản xuất đều phải đặt vấn đề bảo vệ môi trường xung quanh lên hàng đầu.
Tuy nhiên nếu chỉ dựng lại ở việc tồn trữ bùn thải một cách an toàn, giảm thiểu
được vấn đề ô nhiễm thì chưa đủ, vì theo thời gian lượng bùn thải tích lũy ngày càng
nhiều và bãi chứa trở nên quá tải cộng thêm chi phí phải gia cố bảo trì bãi chứa hằng
năm đã trở thành gánh nặng cho các nhà sản xuất. Vì thế việc nghiên cứu tận dụng bùn
thải là một vấn đề hết sức cấp bách và cực kỳ quan trọng.
Trên thế giới đã có nhiều công trình nghiên cứu thành công (kể cả quy mô thí
nghiệm bán công nghiệp) về sử dụng bùn đỏ, nhưng hiệu quả kinh tế còn thấp và lượng
bùn đỏ thải ra quá lớn nên việc sử dụng chúng còn rất hạn chế, chủ yếu vẫn thải ra các
bãi chứa.
1.2.4. Ứng dụng của bùn đỏ [12]
Các nhà khoa học trên thế giới đã nghiên cứu nhằm tìm ra các biện pháp hữu hiệu
hơn để sử dụng bùn đỏ. Có nhiều công trình nghiên cứu sử dụng bùn đỏ theo nhiều
hướng khác nhau, nhưng vấn đề triển khai áp dụng còn nhiều hạn chế và phụ thuộc
điều kiện tại chỗ của từng quốc gia, từng địa phương. Các ứng dụng bùn đỏ có thể thấy
được trong nhiều lĩnh vực như là: Vật liệu xây dựng, thu hồi một số kim loại có giá trị,
cải tạo làm đất trồng, sản xuất gốm sứ, sản xuất sơn và bột màu, làm chất hấp phụ, chất
xúc tác…
Trong lĩnh vực vật liệu xây dựng đã có nhiều công trình nghiên cứu sử dụng bùn
đỏ là nguyên vật liệu cho ngành sản xuất xi măng, gạch ngói, tấm lợp cách âm, sản
xuất bê tông, sản xuất vật liệu xây dựng nhẹ, gạch không nung [12], chất độn nhẹ, sản
xuất bê tông nặng chống phóng xạ…
Đồ Án Tốt Nghiệp SV: Phan Xuân Hoàng

13
Trường: Đại Học Mỏ Địa Chất Lớp: Lọc Hóa Dầu B-
K53
Các nghiên cứu của các nhà Khoa học Séc [13], cũng đưa ra để sản xuất gạch
không nung, bằng cách trộn bùn đỏ với xi măng và đá vôi theo tỷ lệ thích hợp, tính
chất cơ lý của gạch được chế tạo từ bùn đỏ tương đương với gạch Block M100 theo
tiêu chuẩn Việt Nam, đây là phương án khả thi có thể áp dụng được cho Việt Nam.
Các kết quả nghiên cứu của các nhà Khoa học Hy Lạp đã đưa ra phương án sử
dụng bùn đỏ thành vật liệu làm đường, kết quả cho thấy khi sử dụng tỷ lệ 60% bùn đỏ
và 40% đất cấp phối thì khả năng chịu lực của nền đường là tương đương với nền đất
tự nhiên, đây cũng là phương án cần được quan tâm khi sử dụng tái chế bùn đỏ ở Việt
Nam [26].
Trong bã thải bùn đỏ vẫn còn một số kim loại có giá trị và đã được nghiên cứu
thu hồi lại như là Al, V, Ga, Ti, Sc.
Một kết quả nghiên cứu của Mỹ về việc tái sử dụng bùn đỏ bằng cách thủy phân
bùn đỏ trong axit sunphuric để thu hồi Ti và nhôm còn dư trong bùn đỏ, sau đó cặn thải
trong quá trình thu hồi Ti được đưa vào trung hòa kiềm còn dư trong bùn đỏ. Tuy
nhiên phương án này chỉ phù hợp với những quặng bauxit có hàm lượng Ti lớn trên
10%, còn đối với quặng bauxit Việt Nam, hàm lượng TiO
2
chỉ khoảng 7% do đó
phương án này không thể áp dụng được ở Việt Nam.
Một trong những ứng dụng quan trọng của bùn đỏ là cải tạo thành đất trồng trọt,
giúp hoàn nguyên đất vùng khai thác. Tác giả Nguyễn Mạnh Hùng [4] đã nghiên cứu
giải pháp trung hòa bùn đỏ bằng tác nhân hữu cơ từ các nguồn phế thải công nghiệp và
than bùn để tạo nền đất trồng mới có các tính chất nông hóa thích hợp.
Bùn đỏ cũng được sử dụng làm nguyên liệu cho việc sản xuất gốm sứ, bột màu,
sơn: do hàm lượng oxit sắt cao, bùn đỏ dùng làm chất tạo màu cho gạch, bê tông, sơn,
thủy tinh.
Ứng dụng làm chất hấp phụ xử lý nước: hấp phụ các anion như F

-
, NO
3
-
, PO
4
3-
[5,
12], hấp phụ các kim loại nặng [10, 12], hấp phụ thuốc nhuộm [8], hấp phụ các hợp
chất hữu cơ khác như phenol…, hay các vi khuẩn, virus trong nước.
Ứng dụng làm vật liệu xử lý khói thải của các quá trình công nghiệp [5].
Ứng dụng làm chất xúc tác cho các quá trình hidro hóa, clo hóa hay xúc tác oxi
hóa hidrocacbon…[13]
Đồ Án Tốt Nghiệp SV: Phan Xuân Hoàng
14
Trường: Đại Học Mỏ Địa Chất Lớp: Lọc Hóa Dầu B-
K53
1.2.5. Bùn đỏ từ nhà máy hóa chất Tân Bình
Ở Việt Nam, nhà máy hóa chất Tân Bình cũng sản xuất nhôm hidroxit từ quặng
bauxit Lâm Đồng theo phương pháp Bayer.
Bã thải của quy trình Bayer ở dạng rắn rất mịn, được thải ra khỏi quy trình cùng
với pha lỏng và có màu đỏ nên được gọi là bùn đỏ. Màu và độ màu của bùn đỏ là do
hàm lượng của Fe
2
O
3
quyết định.
Tính chất của bùn đỏ: Tùy theo hàm lượng nước còn lại trong bùn ở trạng thái
lỏng, dẻo, bán rắn hay rắn. Bùn đỏ của nhà máy hóa chất Tân Bình ở dạng vữa loãng, tỉ
lệ phần trăm pha rắn khoảng 20%, độ hạt rất mịn, khi phơi khô bùn có độ ẩm 4,17%, tỷ

trọng 3,37 g/cm
3
, diện tích bề mặt riêng 28,36 g/cm
3
. Bùn có màu từ đỏ cam đến nâu
với pH 11,7 – 12,5.
1.3. Giới thiệu các hợp chất phenol và dẫn xuất
Phenol là một hợp chất hữu cơ mà trong phân tử có chứa nhóm hydroxyl (-OH)
liên kết trực tiếp vào vòng benzen (nhân thơm).
Phenol có nhiều dẫn xuất phụ thuộc vào nhóm thế gắn lên vòng thơm của phenol.
Các dẫn xuất họ phenol vừa do các phản ứng phân hủy của thực vật, các hợp chất hữu
cơ có trong tự nhiên, vừa do hoạt động sản xuất của nhà máy tạo ra.
Phenol và các dẫn xuất của phenol là các chất độc hại nguy hiểm cho sức khỏe
con người và mọi sinh vật sống. Trên góc độ môi trường, phenol và các dẫn xuất của
phenol được xếp vào loại chất gây ô nhiễm. Đây là nhóm tương đối bền, có khả năng
tích lũy trong cơ thể sinh vật và có khả năng gây nhiễm độc cấp tính, mãn tính cho con
người. Khi xâm nhập vào cơ thể sống, chúng gây ra nhiều tổn thương cho các cơ quan
và hệ thống khác nhau nhưng chủ yếu là tác động lên hệ thần kinh, hệ thống tim mạch
và máu.
Theo Tổ chức bảo vệ môi trường của Mỹ (EPA) hiện có 11 hợp chất phenol gây ô
nhiễm môi trường chủ yếu hiện nay là: 4-clo-3-metylphenol, 2-clophenol, 2,4-
diclophenol, 2,4-dimetylphenol, 2,4-dinitrophenol, 2-metyl-4,6-dinitrophenol, 2-
nitrophenol, 4-nitrophenol, pentaclophenol, 2,4,6-triclophenol và phenol.
Ngoài ra, còn nhiều dẫn xuất họ phenol khác như: pyrocatechol, resorcinol, 3-
nitrophenol, 1,3-diclophenol, 2,3,4,6-tetraclophenol… Các dẫn xuất họ phenol đều rất
Đồ Án Tốt Nghiệp SV: Phan Xuân Hoàng
15
Trường: Đại Học Mỏ Địa Chất Lớp: Lọc Hóa Dầu B-
K53
độc, chỉ một lượng rất nhỏ trong nước (>1 ppb) cũng đã ảnh hưởng rất lớn đến sức

khỏe của con người cũng như các loài sinh vật sống trong môi trường nước. Khi nồng
độ của phenol và các dẫn xuất nhỏ hơn 1 ppb tuy có độc tính thấp cũng ảnh hưởng
nhiều đến mùi vị, màu sắc của nước và đời sống của các loài sinh vật trong nước.
1.3.1. Tính chất vật lí và tính chất hóa học của các hợp chất phenol
1.3.1.1. Tính chất vật lí của các hợp chất phenol
Phenol có công thức phân tử là C
6
H
5
OH, tồn tại dạng rắn ở nhiệt độ phòng, tinh
thể không màu, có mùi đặc trưng, nóng chảy ở 43
o
C. Để lâu ngoài không khí, phenol bị
oxi hóa một phần nên có màu hồng và bị chảy rữa do hấp thụ hơi nước. Phenol ít tan
trong nước lạnh, tan trong một số hợp chất hữu cơ. Phenol rất độc, gây bỏng nặng khi
rơi vào da. Phenol tan vô hạn ở 66
o
C.
Đa số các hợp chất phenol tồn tại dạng rắn ở nhiệt độ phòng như phenol,
nitrophenol, các dẫn xuất clophenol (gồm 2 nhóm thế -Cl trở lên)…, một số hợp chất
phenol khác tồn tại ở dạng lỏng như Cresol, mono-clophenol (gồm chỉ một nhóm thế
-Cl).
1.3.1.2. Tính chất hóa học của các hợp chất phenol
Phenol là dẫn xuất của hidrocacbon thơm do sự thế một nguyên tử -H trong nhân
bằng một nhóm –OH, phenol có tính axit yếu. Vì vậy phenol có tính chất hóa học của
một axit yếu và các tính chất đặc trưng của vòng thơm. Tùy theo các nhóm thế gắn lên
vòng thơm của phenol mà có các dẫn xuất khác nhau nhưng đều rất độc hại. Các nhóm
thế thường được gắn lên vòng thơm của phenol là: nhóm –Nitro, nhóm –Metyl hoặc
nhóm –Clo… Vòng thơm của phenol có thể gắn đồng thời nhiều nhóm thế giống hoặc
khác nhau.

1.3.2. Nguồn gốc, độc tính, ảnh hưởng, liều lượng cho phép của phenol và
dẫn xuất trong môi trường nước [17]
1.3.2.1. Nguồn gốc, độc tính và ảnh hưởng của các hợp chất phenol và dẫn
xuất
Phenol và dẫn xuất có trong các ngành công nghiệp như dệt, nhuộm, nhựa, thuốc,
thuốc trừ sâu, chất chống oxi hóa, giấy, công nghệ dầu hỏa… Ngoài ra, hợp chất
phenol cũng được sinh ra tự nhiên như sự phân hủy của thực vật, các hợp chất hữu
Đồ Án Tốt Nghiệp SV: Phan Xuân Hoàng
16
Trường: Đại Học Mỏ Địa Chất Lớp: Lọc Hóa Dầu B-
K53
cơ… Hầu hết các hợp chất phenol khi đươc thải rửa từ các nhà máy đều đi vào môi
trường nước. Chúng không những gây ô nhiễm môi trường sinh thái mà còn gây hại
đến con người và các loại sinh vật sống trong nước. Con người nếu tiếp xúc trong thời
gian dài với các hợp chất phenol có thể bị bệnh ung thư.
Các kết quả nghiên cứu cho thấy phenol và các dẫn xuất có độc tính cao. Giá trị
LC
50
(nồng độ gây chết 50% số cơ thể người hay động vật khi cơ thể đó được đưa vào
một lượng nhất định chất độc) và EC
50
(nồng độ gây hại 50% quần thể trong điều kiện
thực nghiệm quan sát rõ ràng) đối với giáp xác và cá vào khoảng 3 – 7 mg/l. Những
ảnh hưởng chính đến cơ thể con người gồm tác động đến tim, gây đau hệ hô hấp, gây
nhiễm acid trong quá trình trao đổi chất, hỏng thận, sự tuần hoàn máu, ảnh hưởng hệ
thần kinh… Liều lượng thấp nhất có thể gây tử vong bằng đường tiêu hóa là khoảng
4,8g và trong thời gian không quá 19 phút. Phenol có thể thâm nhập vào cơ thể con
người thông qua việc hô hấp và tiếp xúc với da, mắt, màng nhầy của người. Phenol
được xem là chất cực độc với con người nếu đi vào cơ thể người thông qua đường
miệng. Khi ăn phải những chất có hàm lượng phenol cao sẽ dẫn đến hiện tượng chết

người với những triệu chứng như co giật, không có khả năng kiểm soát, hôn mê dẫn tới
rối loạn hô hấp, máu trong cơ thể thay đổi dẫn đến hiện tượng tụt huyết áp. Phenol còn
làm ảnh hưởng tới gan, thận và tim của người nhiễm độc. Nhiều thí nghiệm đã chỉ ra
sự liên quan về sự đau bắp thịt, sưng gan của con người khi tiếp xúc với phenol lâu
ngày. Phenol còn gây bỏng cho da, làm rối loạn nhịp tim. Giới hạn tối đa cho phép
phenol trong cơ thể là 0,6 mg/kg trọng lượng cơ thể.
Các hợp chất phenol rất dễ bị phân hủy khi để ở nhiệt độ phòng, trong môi trường
tự nhiên (từ vài ngày đến 1 tuần) và phân hủy rất nhanh dưới tác dụng của ánh sáng
mặt trời. Do vậy, trong quá trình sử dụng hay cất trữ, các hợp chất phenol cần được bảo
quản trong bình chứa sẫm màu, để trong môi trường kín vào có nhiệt độ nhỏ hơn 4
o
C.
1.3.2.2. Hàm lượng cho phép của phenol và dẫn xuất trong nước
Bảng 1.6: Giá trị giới hạn cho phép của tổng nồng độ phenol và dẫn xuất
Đối tượng
Hàm lượng
phenol tổng
(mg/l)
Đồ Án Tốt Nghiệp SV: Phan Xuân Hoàng
17
Trường: Đại Học Mỏ Địa Chất Lớp: Lọc Hóa Dầu B-
K53
Nước bề
mặt
Nước sinh hoạt 0,001
Nước dùng cho nông nghiệp và nuôi trồng thủy sản 0,002
Nước ngầm 0,001
Nước thải
Đổ vào các khu vực dùng làm nguồn nước cấp cho sinh
hoạt

≤ 1
Dùng làm nguồn nước tưới tiêu, bơi lội, nuôi trồng thủy
sản
≤ 2
Không được phép đổ ra môi trường ≥ 5
Theo điều luật 80/778/EC do cộng đồng Châu Âu ban hành thì hàm lượng phenol
tổng cộng được phép có trong nước uống là 0.5 µg/l và 0.1 µg/l cho mỗi chất. Nhất
thiết phải xử lý nước nhiễm phenol trước khi thải ra môi trường để đảm bảo an toàn
cho môi trường sống của chúng ta.
1.3.3. Một số phương pháp xử lý nước thải có chứa phenol bằng hấp phụ [17]
1.3.3.1. Phương pháp hấp phụ Phenol trong pha lỏng trên vật liệu Si-MCM-41
tổng hợp từ vỏ trấu
MCM-41 là vật liệu mao quản trung bình có cấu trúc mao quản trật tự dạng oxit
silic nên không có hoạt tính xúc tác trong nhiều hệ phản ứng. Tuy nhiên, MCM-41 là
chất mang lý tưởng do cấu trúc mao quản đồng đều, bề mặt riêng lớn và do đó có tiềm
năng ứng dụng cao trong lĩnh vực xúc tác và hấp phụ.
Ở phương pháp này, nguồn silic để tổng hợp MCM-41 được lấy từ vỏ trấu (kí
hiệu là: RH-MCM-41). RH-MCM-41 được tổng hợp bằng phương pháp thủy nhiệt với
việc sử dụng cetyltrimetylammoniumbromide (CTAB) làm chất tạo cấu trúc. Thành
phần gel (mol) như sau: 1SiO
2
:0,106CTAB:0,03NaOH:150H
2
O. Nguồn silica từ vỏ
trấu được dùng để thay thế cho TEOS. Quá trình tổng hợp: hòa tan CTAB hoàn toàn
trong dung dịch NaOH, nguồn silica được cho vào hỗn hợp trên trong điều kiện khuấy
mạnh. Chất rắn thu được sau khi kết tinh ở 100
o
C trong 24 giờ được lọc, rửa sạch bằng
nước cất, sấy khô và nung ở 550

o
C để loại bỏ chất tạo cấu trúc.
Dung lượng hấp phụ phenol lên vật liệu RH-MCM-41 vào khoảng 91,9 mg/g cho
Đồ Án Tốt Nghiệp SV: Phan Xuân Hoàng
18