nghiên cứu thành phần, tính chất của bùn đỏ và định hướng ứng dụng trong lĩnh vực môi trường

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC
KHOA HỌC TỰ NHIÊN
VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM
VIỆN HOÁ HỌC







TRẦN MẠNH HÙNG






NGHIÊN CỨU THÀNH PHẦN, TÍNH CHẤT CỦA BÙN ĐỎ
VÀ ĐỊNH HƢỚNG ỨNG DỤNG TRONG LĨNH VỰC
MÔI TRƢỜNG






LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

HÀ NỘI - 2012

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
***



TRẦN MẠNH HÙNG






NGHIÊN CỨU THÀNH PHẦN, TÍNH CHẤT CỦA BÙN ĐỎ
VÀ ĐỊNH HƢỚNG ỨNG DỤNG TRONG LĨNH VỰC
MÔI TRƢỜNG

Chuyên ngành: Hoá phân tích
Mã số: 60 44 29

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC




Ngƣời hƣớng dẫn khoa học:

TS. VŨ ĐỨC LỢI



HÀ NỘI - 2012


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU 1
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1 Tình hình khai thác và chế biến bauxit ở Việt Nam và Thế giới 3
1.1.1 Tình hình khai thác và chế biến bauxit trên Thế giới 3
1.1.2 Tình hình khai thác và chế biến bauxit ở Việt Nam 5
1.2 Công nghệ thải bùn đỏ và đặc tính của bùn đỏ 7
1.2.1 Công nghệ thải bùn đỏ 7
1.2.2 Thành phần và tính chất của bùn đỏ 8
1.2.3 Định hướng xử lý bùn đỏ 9
1.3 Các phương pháp phân tích xác định thành phần và tính chất bùn đỏ 11
1.3.1 Phương pháp phổ nhiễu xạ tia X 11
1.3.2 Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử 14
1.3.3 Các phương pháp phân tích hóa học 18

1.4 Vấn đề ô nhiễm photphat trong nước 19
1.5 Vấn đề ô nhiễm asen trong nước ngầm 20
CHƢƠNG 2. QUY TRÌNH THỰC NGHIỆM
2.1 Đối tượng nghiên cứu 22
2.2 Nội dung nghiên cứu 22
2.3 Trang thiết bị và hóa chất phục vụ nghiên cứu 22
2.3.1 Trang thiết bị 22
2.3.2 Hóa chất và dụng cụ 22
2.4 Lấy mẫu, tiền xử lý và hoạt hóa mẫu bùn đỏ 23
2.4.1 Mẫu bùn đỏ thô 23
2.4.2 Hoạt hóa bùn đỏ 23
2.5 Tiến hành thực nghiệm 23
2.5.1 Phân tích thành phần của bùn đỏ 23
2.5.2 Quy trình xác định PO
4
3-
theo phương pháp trắc quang 27

2.5.3 Phân tích asen 29
2.6 Xử lí số liệu thực nghiệm 30
2.6.1 Hiệu suất hấp phụ photphat 30
2.6.2 Lượng PO
4
3-
hấp phụ trên một đơn vị khối lượng bùn đỏ 30
2.6.3 Đánh giá khả năng hấp phụ asen của bùn đỏ 30
CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1 Kết quả phân tích thành phần bùn đỏ 32
3.2 Kết quả xác định cấu trúc pha của bùn đỏ 32
3.3 Kết quả xác định cấu trúc pha của bùn đỏ sau khi hoạt hóa bằng nhiệt 34

3.4 Kết quả hấp phụ phosphate với bùn đỏ 38
3.4.1 Xây dựng đường chuẩn xác định nồng độ phosphate bằng phương pháp
đo quang 38
3.4.2 Nghiên cứu lựa chọn phương pháp hoạt hoá bùn đỏ 39
3.4.3 Khảo sát ảnh hưởng của lượng chất hấp phụ 43
3.4.4 Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ ban đầu của dung dịch phosphate hấp
phụ 44
3.4.5 Khảo sát ảnh hưởng của pH ban đầu của dung dịch phosphate hấp
phụ 46
3.4.6 Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ 47
3.4.7 Khảo sát ảnh hưởng của thời gian hấp phụ 49
3.5 Nghiên cứu khảo sát hấp phụ asen của bùn đỏ hoạt hóa bằng axit 51
3.5.1 Nghiên cứu các điều kiện tối ưu để xác định asen 51
3.5.2 Nghiên cứu khảo sát các điều kiện hấp phụ asen 58
KẾT LUẬN 70
TÀI LIỆU THAM KHẢO 72
Tiếng Việt 72
Tiếng Anh 74
PHỤ LỤC 77



DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1: Sơ đồ nguyên tắc cấu tạo của máy quang phổ hấp thụ nguyên tử 17
Hình 3.1: Phổ nhiễu xạ tia X của mẫu bùn đỏ thô 33
Hình 3.2: Phổ nhiễu xạ tia X của mẫu bùn đỏ biến tính ở 200
o
C 34
Hình 3.3: Phổ nhiễu xạ tia X của mẫu bùn đỏ biến tính ở 400
o

C 35
Hình 3.4: Phổ nhiễu xạ tia X của mẫu bùn đỏ biến tính ở 600
o
C 36
Hình 3.5: Phổ nhiễu xạ tia X của mẫu bùn đỏ biến tính ở 800
o
C 37
Hình 3.6: Đường chuẩn hấp phụ photphat 39
Hình 3.7: Hiệu suất hấp phụ photphat của mẫu bùn đỏ được hoạt hoá bằng axit….41
Hình 3.8: Hiệu suất hấp phụ photphat của mẫu bùn đỏ được biến tính bằng phương
pháp gia nhiệt 42
Hình 3.9: Ảnh hưởng của lượng bùn đỏ thô khác nhau đến hiệu suất hấp phụ PO
4
3-
44
Hình 3.10: Ảnh hưởng của nồng độ PO
4
3-
ban đầu đến hiệu suất hấp phụ PO
4
3-
45
Hình 3.11: Ảnh hưởng của pH ban đầu đến hiệu suất hấp phụ PO
4
3-
47
Hình 3.12: Ảnh hưởng của nhiệt độ biến tính mẫu bùn đỏ đến hiệu suất hấp phụ PO
4
3-
48

Hình 3.13: Ảnh hưởng của thời gian khuấy và lắc đến hiệu suất hấp phụ PO
4
3-
50
Hình 3.14: Phổ nhiễu xạ tia X của mẫu bùn đỏ biến tính ở 800
o
C sau hấp phụ 51
Hình 3.15: Ảnh hưởng của nhiệt độ sấy khô đến độ hấp thụ của asen 53
Hình 3.16: Ảnh hưởng của nhiệt độ tro hóa luyện mẫu 54
Hình 3.17: Ảnh hưởng của nhiệt độ nguyên tử hóa mẫu 56
Hình 3.18: Đường chuẩn xác định asen 57
Hình 3.19: Hấp phụ As (III) bằng bùn đỏ hoạt hóa trong HCl 0.25M tại các pH khác nhau 60
Hình 3.20: Hấp phụ As (III) bằng bùn đỏ hoạt hóa trong HCl 0.5M tại các pH khác nhau61
Hình 3.21: Hấp phụ As (III) bằng bùn đỏ hoạt hóa trong HCl 1M tại các pH khác nhau….62
Hình 3.22: Hấp phụ As (III) bằng bùn đỏ hoạt hóa trong HCl 1.5M tại các pH khác nhau 63
Hình 3.23: Hấp phụ As (III) bằng bùn đỏ hoạt hóa trong HCl 2M tại các pH khác nhau 64
Hình 3.24: Hấp phụ As (III) bằng bùn đỏ hoạt hóa trong dung dịch HCl 64
Hình 3.25: Ảnh hưởng của thời gian đến quá trình hấp phụ 66
Hình 3.26: Hấp phụ As (V) bằng bùn đỏ hoạt hóa trong HCl 1M tại các pH khác nhau 67
Hình 3.27: Ảnh hưởng của thời gian đến hấp phụ As (V) 69

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1: Phân bố các trữ lượng ở các Châu lục 3
Bảng 1.2: Các nước có tiềm năng lớn hàng đầu về bauxit 3
Bảng 1.3: Các công ty sản xuất alumin chủ yếu trên thế giới 4
Bảng 1.4: Thành phần hóa học của các loại bùn đỏ khác nhau 8
Bảng 1.5: Thành phần hóa học của bùn đỏ theo phương pháp thải ướt 9
Bảng 1.6: Giá trị giới hạn nồng độ các chất ô nhiễm trong nước ăn, uống 20
Bảng 1.7: Giá trị giới hạn nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải 21

Bảng 2.1: Nồng độ PO
4
3-
của các mẫu để xây dựng đường chuẩn 29
Bảng 3.1: Kết quả phân tích thành phần của bùn đỏ 32
Bảng 3.2: Cấu trúc pha của các hợp phần trong bùn đỏ thô 33
Bảng 3.3: Cấu trúc pha của các hợp phần trong bùn đỏ biến tính ở 200
o
C 35
Bảng 3.4: Cấu trúc pha của các hợp phần trong bùn đỏ biến tính ở 400
o
C 36
Bảng 3.5: Cấu trúc pha của các hợp phần trong bùn đỏ biến tính ở 600
o
C 36
Bảng 3.6: Cấu trúc pha của các hợp phần trong bùn đỏ biến tính ở 800
o
C 37
Bảng 3.7: Nồng độ PO
4
3-
của các mẫu để xây dựng đường chuẩn 38
Bảng 3.8: Hiệu suất hấp phụ photphat bằng mẫu bùn đỏ được hoạt hoá bằng axit.40
Bảng 3.9: Hiệu suất hấp phụ photphat bằng mẫu bùn đỏ được biến tính bằng
phương pháp gia nhiệt 42
Bảng 3.10: Ảnh hưởng của lượng bùn đỏ thô khác nhau với hiệu suất hấp phụ PO
4
3-
43
Bảng 3.11: Hiệu suất hấp phụ photphat với nồng độ PO

4
3-
ban đầu khác nhau… 45
Bảng 3.12: Hiệu suất hấp phụ photphat với pH ban đầu khác nhau 46
Bảng 3.13: Hiệu suất hấp phụ photphat bằng mẫu bùn đỏ được biến tính theo nhiệt độ….48
Bảng 3.14: Hiệu suất hấp phụ photphat bằng mẫu bùn đỏ được biến tính theo thời gian 49
Bảng 3.15: Các điều kiện đo phổ GF-AAS của As 52
Bảng 3.16: Chương trình hóa nhiệt độ cho lò graphit 52
Bảng 3.17: Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ sấy khô 53
Bảng 3.18: Ảnh hưởng của nhiệt độ tro hóa luyện mẫu 54

Bảng 3.19: Ảnh hưởng của nhiệt độ nguyên tử hóa mẫu 55
Bảng 3.20: Chương trình hóa nhiệt độ tối ưu cho lò graphit 56
Bảng 3.21: Kết quả phân tích mẫu asen 1g/l 58
Bảng 3.22: Hấp phụ As (III) bằng bùn đỏ hoạt hóa trong HCl 0.25M tại các pH khác nhau
59
Bảng 3.23: Hấp phụ As (III) bằng bùn đỏ hoạt hóa trong HCl 0.5M tại các pH khác nhau…
60
Bảng 3.24: Hấp phụ As (III) bằng bùn đỏ hoạt hóa trong HCl 1M tại các pH khác nhau
61
Bảng 3.25: Hấp phụ As (III) bằng bùn đỏ hoạt hóa trong HCl 1.5M tại các pH khác nhau…
62
Bảng 3.26: Hấp phụ As (III) bằng bùn đỏ hoạt hóa trong HCl 2M tại các pH khác nhau
63
Bảng 3.27: Ảnh hưởng của thời gian đến quá trình hấp phụ 65
Bảng 3.28: Hấp phụ As (V) bằng bùn đỏ hoạt hóa trong HCl 1M tại các pH khác nhau 67
Bảng 3.29: Ảnh hưởng của thời gian đến hấp phụ As (V) 68

1
MỞ ĐẦU

Bauxit là một trong những khoáng sản phổ biến trên bề mặt Trái đất để chế
biến thành nhôm kim loại và là một trong những nguồn tài nguyên khoáng sản có
trữ lượng rất lớn của Việt Nam. Theo kết quả điều tra thăm dò địa chất chưa đầy đủ,
ở nước ta khoáng sản Bauxit phân bố rộng từ Bắc đến Nam với trữ lượng khoảng
5,5 tỷ tấn quặng nguyên khai, tương đương với 2,4 tỷ tấn quặng tinh; tập trung chủ
yếu ở Tây Nguyên (chiếm 91,4%), trong đó Đăk Nông 1,44 tỷ tấn (chiếm 61%). So
với các mỏ Bauxit trên thế giới, Bauxit ở Việt Nam được đánh giá có chất lượng
trung bình.
Theo báo cáo “Tổng quan về tài nguyên quặng Bauxit và quy hoạch phân
vùng thăm dò, khai thác, chế biến, sử dụng quặng Bauxit giai đoạn 2007-2015 có
xét đến năm 2025” của Tập đoàn Công nghiệp Than – Khoáng sản Việt Nam
(TKV), cơ quan chịu trách nhiệm chính trong việc đầu tư thực hiện quy hoạch
Bauxit tại Tây Nguyên thì đến năm 2015, Việt Nam sẽ sản xuất từ 6,0-8,5 triệu tấn
Alumin và 0,2-0,4 triệu tấn Nhôm. Tại vùng Tây Nguyên sẽ xây dựng 6 nhà máy
Alumin, 1 nhà máy điện phân nhôm, 1 đường sắt khổ đơn dài 270km, rộng 1,43m
từ Đăk Nông đến Bình Thuận và 1 cảng biển chuyên dụng công suất 10 - 15 triệu
tấn tại Bình Thuận. Đến năm 2025 sẽ xây dựng và nâng công suất của 7 nhà máy.
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 là hỗn hợp bao
gồm các hợp chất như sắt, mangan… và một lượng xút dư thừa do quá trình hòa tan
và tách quặng bauxit. Đây là hợp chất độc hại, thậm chí bùn đỏ được ví như “bùn
bẩn”. Hiện nay, trên thế giới chưa có nước nào xử lý triệt để được vấn đề bùn đỏ.
Cách phổ biến mà người ta vẫn thường làm là chôn lấp bùn đỏ ở các vùng đất ít
người, ven biển để tránh độc hại. Với quy hoạch phát triển bauxit ở Tây Nguyên
đến năm 2015 mỗi năm sản xuất khoảng 7 triệu tấn Alumin, tương đương với việc

thải ra môi trường 10 triệu tấn bùn đỏ. Đến năm 2025 là 15 triệu tấn alumin tương

2
đương với 23 triệu tấn bùn đỏ. Cứ như thế sau 10 năm sẽ có 230 triệu tấn và sau 50
năm sẽ có 1,15 tỷ tấn bùn đỏ tồn đọng trên vùng Tây Nguyên.
Tuy nhiên, do thành phần và tính chất của quặng bauxit khác nhau dẫn đến
thành phần và tính chất của bùn đỏ cũng khác nhau, cho đến thời điểm hiện nay,
chưa có cơ quan nào nghiên cứu về thành phần và tính chất của bùn đỏ trong quá
trình sản xuất alumin tại Việt Nam.
Thành phần các nguyên tố kim loại trong bùn đỏ cũng giao động lớn tùy
thuộc vào thành phần và tính chất của quặng như hàm lượng Fe
2
O
3
giao động từ 30-
60%, hàm lượng nhôm oxit còn dư từ 10-20%, hàm lượng TiO
2
giao động khá lớn
từ hàm lượng vết cho đến 25%, tùy theo thành phần và tính chất của bùn đỏ mà
chúng ta đưa ra các công nghệ phù hợp để sản xuất các vật liệu hữu ích khác nhau
như: Vật liệu xử lý nước ở các dạng hợp chất như phèn nhôm, sắt hoặc chế tạo ra
các vật liệu hấp phụ làm sạch nước và không khí.
Do vậy, việc nghiên cứu thành phần và tính chất của bùn đỏ nhằm định
hướng ứng dụng trong xử lý môi trường là việc làm cần thiết và cấp bách.


3
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1 Tình hình khai thác và chế biến bauxit ở Việt Nam và Thế giới.
1.1.1 Tình hình 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 – 75 tỷ tấn, phân bố trên các Châu lục như
bảng 1.1:
Bảng 1.1: Phân bố các trữ lƣợng ở các Châu lục.
STT
Châu lục
Tỷ lệ phân bố (%)
1
Châu Phi
33
2
Châu Đại Dương
24
3
Châu Mỹ và Carribe
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 nƣớc 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 [29].

4
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 các ngành công nghiệp khác như: vật
liệu chịu lửa, vật liệu mài, vật 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 lớn được trình bày ở bảng 1.3.
Bảng 1.3: Các công ty sản xuất alumin chủ yếu trên thế giới.
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

Từ khi được phát minh đến nay, công nghệ Bayer 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

5
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.
1.1.2 Tình hình 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 Bắc khoảng 91 triệu tấn, còn lại tập trung chủ yếu ở 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 [1,11,12]. 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 nguồn gốc tạo thành, quặng bauxit được phân thành 2 loại: quặng
trầm tích (trong đó một số mỏ, điểm quặng bị biến chất) và quặng phong hoá laterit.
Các mỏ bauxit trầm tích phân bố chủ yếu ở miền Bắc, có thành phần khoáng vật
chính mono-hydrat (ôxyt nhôm ngậm 1 nước: bơmit - Al
2
O

3
.H
2
O, diaspor -
Al
2
O
3
.H
2
O); Các mỏ phong hoá laterit phát triển chủ yếu ở miền Nam và thành
phần chính là tri-hydrat (ôxyt nhôm ngậm 3 nước: gipxit -Al
2
O
3
.3H
2
O).
Căn cứ điều kiện thành tạo 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 tầng 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

6
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 hoá, phá huỷ 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. Quặng gồm diaspor và bơmit
Các mỏ bauxit nguồn gốc phong hoá 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.
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 tinh 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;

7
Công nghệ tuyển là công nghệ tuyển rửa kết hợp với sàng phân cấp loại bỏ đi cấp
hạt mịn (quặng đuôi) chứa nhiều silíc.
1.2 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-
hydrate nhôm … và một lượng xút dư thừa do quá trình hòa tan và tách quặng
bauxit.
1.2.1 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 (Bauxite Residue and Disposal Database - 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 [25]: Trên thế giới hiện nay có khoảng 73 nhà máy
sản xuất Alumina 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 Kỳ, 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 02 phương pháp thải bùn đỏ là thải khô
và thải ướt, trong đó khoảng 20 nhà máy Alumina (chiếm 27%) áp dụng thải khô,
chủ yếu tập trung ở châu Âu và Úc; còn khoảng 53 nhà máy Alumina (chiếm 73%)

áp dụng 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.

8
- Thải ƣớt là bơm bùn ra bãi 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 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 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 và 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 [25].
Bảng 1.4. Thành phần hóa học của các loại bùn đỏ khác nhau
Thành
phần
Boke
Guine
Weipa Úc
Trombeta

s Brasil
South
Manch
Jamaica
Iska
Hungary
Parnasse
Hy lạp
Al
2
O
3

SiO
2

Fe
2
O
3

TiO
2

MKN
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
14,4
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


9
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 thuỷ luyện bằng kiềm ở nhiệt độ thấp). Như vậy thực
chất bùn đỏ là cặn (các thành phần có trong bauxit) không hoà tan trong kiềm và thu
được trong quá trình hoà tách bauxit với dung dịch kiềm NaOH. Thành phần
khoáng vật của bùn đỏ là các ôxyt - chủ yếu là ôxyt sắt nên có màu đỏ, các hợp chất
mới tạo thành như Na-Aluminium-Hydrosilicat, Ca-Aluminium-Hydrosilicat Do
chúng có liên kết hoá 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-hoá 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.
Bùn đỏ của Công nghệ Bayer, theo phương pháp thải ướt sẽ có thành phần
chính như sau [25]:
Bảng 1.5. Thành phần hóa học của bùn đỏ theo phƣơng pháp thải ƣớt
Thành phần bùn đỏ (%)
Thành phần dung dịch bám theo bùn đỏ (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

M.K.N (Mất khi nung) 5-15


1.2.3 Định hướng xử lý bùn đỏ.
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.

10
Trước đây, ở một số nước trên thế giới, người ta thường bơm bùn xuống đáy
sông, đáy biển hay ngăn một phần vịnh biển để chứa bùn thải [28, 37]. Arawal và
các cộng sự đã thống kê 84 nhà máy alumin trên thế giới chỉ có 7 nhà máy có dự án
thải ra biển vì hiếm đất (Nhật, Hylạp). Tuy nhiên, hiện nay các biện pháp này đều bị
nghiêm cấm vì nó phá hủy hoàn toàn môi trường sống của các sinh vật đáy thủy
vực.
Từ năm 1945, nước Anh đã sử dụng bùn đỏ làm chất keo tụ. Hiện nay, trên
thế giới đã có nhiều ứng dụng từ bùn đỏ, trong đó tập trung vào 3 lĩnh vực như: chất
phụ gia trong xi măng, sản xuất vật liệu xây dựng, điều chế quặng sắt [27, 28, 29,
32, 41, 45].
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.
Các nghiên cứu của các nhà Khoa học Séc [29], 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 của 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 [34].
Việc sử dụng bùn đỏ thành các vật liệu hấp phụ các chất màu, Asen, Flo,
Photpho, Sắt, Mangan cũng được các nhà khoa học trên thế giới đưa ra, tuy nhiên

11
bùn đỏ cần được biến tính và hoạt hóa trước khi sử dụng [27,47,50]. Đây là hướng
nghiên cứu cần được áp dụng tại Việt Nam.
1.3 Các phƣơng pháp phân tích xác định thành phần và tính chất bùn đỏ.
1.3.1 Phương pháp phổ nhiễu xạ tia X:[ 3,4,6, 7, 8, 9,16].
1.3.1.1 Nguyên tắc của phương pháp.
Nguồn gốc tia X: Tia X lần đầu tiên được phát hiện vào năm 1895 bởi nhà
khoa học Wilhelm Conrad Rơntgen khi ông làm thí nghiệm về các chùm hạt
electron. Chính bởi phát hiện này mà ông trở nên nổi tiếng trên toàn thế giới, và tên
của ông được đặt tên cho một nguyên tố trong bảng Hệ thống tuần hoàn các nguyên
tố hóa học.
Tia X là một bức xạ điện từ năng lượng cao, chúng có năng lượng từ 200 eV
đến 1MeV, nằm giữa tia gamma và bức xạ tia cực tím trong phổ điện từ. Như vậy,

bước sóng tia X thay đổi từ 1pm đến 10nm. Khoảng bước song thường được ứng
dụng trong nghiên cứu và phân tích là 0,05 – 0,25 nm do khoảng cách giữa các
nguyên tử trong tinh thể xấp xỉ 0,2 nm.
Tia X được tạo ra bởi sự tương tác giữa tia điện tử và các điện tử trong lớp
vỏ nguyên tử. Thông thường, để tạo tia X, người ta sử dụng điện tử được gia tốc
bắn phá vào bia anot. Tuy nhiên, trong một số trường hợp, để tạo tia X có bước
sóng cực ngắn công suất lớn thì có thể sử dụng betatron, hoặc sử dụng các nguồn
đồng vị phóng xạ.
Tia X được tạo ra trong ống phát ronghen gồm hai điện cực đặt trong buồng
chân không. Toàn bộ hệ thống được giải nhiệt bằng nước. Các điện tử được sinh ra
do nung nóng catot bằng vonphram, catot có điện áp âm cao, các điện tử được tăng
tốc bắn phá về phía anot. Sự tổn hao năng lượng của điện tử do va chạm với anot
kim loại được chuyển thành tia X (thường chỉ chiếm khoảng 1%).
Tia X tạo ra phụ thuộc vào thế tăng tốc sử dụng và bản chất kim loại làm bia
anot. Xét phổ tia X của molipden. Với mỗi thế tăng tốc khác nhau, ta thu được một
phổ tia X liên tục gồm nhiều bước sóng khác nhau. Phổ liên tục là do các điện tử mất
năng lượng trong một loạt các va chạm với các nguyên tử anot.

12
Nếu một điện tử mất toàn bộ năng lượng trong một va chạm với nguyên tử
bia để tạo ra một photon tia X có năng lượng lớn nhất hay bước sóng ngắn nhất thì
bước sóng này được gọi là giới hạn sóng ngắn (λ
swl
).
Khi điện tử lớp trong bị mất đi tạo thành lỗ trống thì có sự di chuyển từ các
điện tử lớp ngoài vô lớp trong. Sự di chuyển này sẽ tạo ra các tia X đặc trưng Kα1,
Kα2… Các tia X đặc trưng có bước sóng phụ thuộc vào bản chất của vật liệu làm
bia anot. Nếu thay thế bia anot bằng các nguyên tố khác thì sẽ tạo ra được các tia X
có bước sóng đặc trung khác nhau.
Trong hầu hết nghiên cứu bằng nhiễu xạ tia X, ta thường sử dụng tia đơn sắc.

Phương pháp đơn giản nhất để nhận được các tia đơn sắc đơn là lọc các tia X qua
các lá kim loại thích hợp, ví dụ sử dụng là Ni cho tia X của điện cực Cu, do ngưỡng
hấp thụ các vạch tia X của nó nằm giữa thành phần Kα, Kβ của phổ. Ngoài ra,
người ta còn lựa chọn các tia X của mỗi loại bia anot có bước sóng phù hợp trong
đó KαCu được sử dụng rộng rãi nhất. Bức xạ quan trọng trong nhiễu xạ là bức xạ
liên quan đến sự lấp đầy lớp trong cùng K bởi các lớp kế cận để cho các vạch Kα, Kβ.
Ngoài ra cũng có sự lấp đầy các lớp bên ngoài để tạo ra tia X nhưng không được chú
trọng do không có nhiều ứng dụng.
- Nguyên tắc của phƣơng pháp:
Việc xác định cấu trúc pha của các vật liệu dựa theo lý thuyết nhiễu xạ Bragg.
Khi chiếu chùm tia X có bước sóng  lên một tinh thể, mỗi nút mạng của
mạng tinh thể trở thành một tâm nhiễu xạ. Sự phản xạ xảy ra theo mọi phương
nhưng theo phương phản xạ gương là mạnh nhất.
Hiệu quang lộ sẽ tuân theo định luật Bragg. Sóng phản xạ từ các mặt kế tiếp nhau
sẽ được tăng cường khi hiệu quang lộ bằng một số nguyên lần bước sóng .
n. = 2dsin
Công thức Bragg đúng với mọi loại sóng truyền trong môi trường tuần hoàn
nên có thể dùng chùm điện tử hay nơtron có năng lượng thích hợp để phân tích cấu
trúc tinh thể [10].

13
Công thức Bragg là hệ quả của tính chất cơ bản của tinh thể (tính tuần hoàn)
mà không liên quan đến thành phần hóa học của tinh thể cũng như cách sắp xếp của
các nguyên tử trong những mặt phẳng phản xạ. Các yếu tố đó có ảnh hưởng đến
cường độ của chùm tia nhiễu xạ, một trong những thông số quan trọng khi phân tích
định lượng.
Hơn thế nữa, từ phương trình Bragg, ứng với giá trị bước sóng tia X nhất
định, đối với một họ mặt mạng tinh thể sẽ có một giá trị  tương ứng thỏa mãn điều
kiện nhiễu xạ. Nghĩa là, bằng cách đo phổ nhiễu xạ tia X, chúng ta sẽ nhận được tổ
hợp các giá trị d

hkl
đặc trưng cho các khoảng cách mặt mạng, theo các hướng khác
nhau của một cấu trúc tinh thể. Và bằng cách so sánh tổ hợp này với bảng tra cứu
cấu trúc các mẫu chuẩn, chúng ta sẽ xác định được cấu trúc tinh thể của mẫu cần
nghiên cứu.
Trong luận văn này, chúng tôi dùng phương pháp phổ nhiễu xạ tia X để khảo
sát cấu trúc pha của mẫu bùn đỏ thô và bùn đỏ biến tính.
1.3.1.2 Ứng dụng của phương pháp nhiễu xạ tia X trong các định cấu trúc pha
của bùn đỏ.
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.
Kỹ thuật nhiễu xạ tia X được sử dụng phổ biến nhất là phương pháp bột hay
phương pháp Debye. Trong kỹ thuật này, mẫu được tạo thành bột với mục đích có
nhiều tinh thể có tính định hướng ngẫu nhiên để chắc chắn rằng có một số lớn hạt
có định hướng thỏa mãn điều kiện nhiễu xạ Bragg.
Phương pháp bột cho phép xác định được thành phần pha và nồng độ các pha
có trong mẫu. Bởi vì mỗi pha có trong mẫu cho một hệ vạch nhiễu xạ tương ứng
trên giản đồ nhiễu xạ. Nếu mẫu gồm nhiều pha (hỗn hợp) nghĩa là gồm nhiều loại ô
mạng thì trên giản đồ tia X sẽ tồn tại đồng thời nhiều hệ vạch độc lập nhau. Phân
tích các vạch ta có thể xác định được các pha có trong mẫu – đó là cơ sở để phân
tích pha định tính.

14
Phương pháp phân tích pha định lượng bằng tia X dựa trên cơ sở của sự phụ
thuộc cường độ tia nhiễu xạ vào nồng độ. Nếu biết mối quan hệ đó và đo được
cường độ thì có thể xác định được nồng độ pha. Các pha chưa biết trong vật liệu có
thể xác định được bằng cách so sánh số liệu nhận được từ giản đồ nhiễu xạ tia X
thực nghiệm với số liệu chuẩn trong sách tra cứu, từ đó ta tính được tỷ lệ nồng độ
các pha trong hỗn hợp. Đây là một trong những ứng dụng tiêu biểu của phương

pháp bột để phân tích pha định lượng.
Khoảng cách d giữa các mặt mạng tinh thể liên hệ với góc nhiễu xạ cực đại
và chiều dài bước sóng tia X theo phương trình Vulff – Bragg:
nλ = 2d.sin θ
Trong đó: - n: bậc nhiễu xạ, n có giá trị nguyên n = 1, 2, 3
- λ: chiều dài bước sóng tia X
- d: khoảng cách giữa hai mặt tinh thể
Ngoài ra bằng phương pháp nhiễu xạ tia X còn có thể định lượng pha tinh thể
và kích thước tinh thể với độ tin cậy cao.
Từ giản đồ XRD có thể xác định được kích thước tinh thể qua độ rộng của
vạch nhiễu xạ. Một cách định tính, mẫu có các tinh thể với kích thước hạt lớn thì độ
rộng vạch nhiễu xạ càng bé và ngược lại. Để định lượng có thể tính toán kích thước
hạt trung bình của tinh thể theo phương trình Scherrer:

.tb
k
D
Bcos




D
t.b
là kích thước hạt tinh thể, θ là góc nhiễu xạ (độ), B là độ rộng vạch đặc
trưng (radian) ở độ cao bằng nửa cường độ cực đại, λ = 1,5406 Å là bước sóng của
tia tới, k là hằng số Scherrer phụ thuộc vào hình dạng của hạt và chỉ số Miller của
vạch nhiễu xạ.
1.3.2 Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử [2,3,4,6,7,8, 9 ].
Phép đo phổ hấp thụ nguyên tử là kỹ thuật phân tích hóa lý đã và đang được

phát triển và ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành khoa học kỹ thuật, trong sản xuất
công nghiệp, nông nghiệp , y dược, địa hóa, hóa học. Đặc biệt ở các nước phát triển,

15
phương pháp phân tích phổ hấp thụ nguyên tử đã trở thành phương pháp dùng để
phân tích lượng vết các kim loại trong nhiều đối tượng khác nhau như đất, nước,
không khí, thực phẩm, Hiện nay phương pháp này đang là công cụ đắc lực để xác
định các kim loại độc hại trong môi trường và sinh học.
Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử với nhiều đặc tính ưu việt như độ
chọn lọc, độ nhạy và độ chính xác cao, đơn giản trong vận hành và giá thiết bị
không quá cao. Ở Việt nam các máy đo quang phổ hấp thụ nguyên tử bắt đầu được
đưa vào sử dụng từ những năm 70. Với kỹ thuật nguyên tử hóa bằng ngọn lửa sử
dụng không khí nén và axêtylen hoặc nitơoxit và axêtylen hiện nay người ta có thể
xác định được trên 60 nguyên tố kim loại và hàng trăm chất khác thông qua phương
pháp phân tích gián tiếp bằng phép đo phổ hấp thụ nguyên tử. Kết hợp các kỹ thuật
hóa hơi lạnh và nguyên tử hóa nhiệt điện phương pháp đã cho giới hạn phát hiện đạt
tới cỡ 10 ppt.
Chúng tôi sử dụng phương pháp AAS để xác định hàm lượng các kim loại
trong mẫu trầm tích.
1.3.2.1 Nguyên tắc của phép đo.
Cơ sở lý thuyết của phương pháp đo phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) là dựa
trên sự hấp thụ năng lượng (bức xạ đơn sắc) của nguyên tử tự do của một nguyên tố
ở trạng thái hơi (khí) khi chiếu chùm tia bức xạ đơn sắc qua đám hơi nguyên tử tự
do của nguyên tố ấy trong môi trường hấp thụ. Môi trường hấp thụ chính là đám hơi
nguyên tử tự do của mẫu phân tích. Do đó muốn thực hiện phép đo phổ hấp thụ
nguyên tử của một nguyên tố cần phải thực hiện các quá trình sau:
1. Chọn các điều kiện và một loại trang bị phù hợp để chuyển mẫu phân tích từ
trạng thái ban đầu (rắn hay dung dịch) thành trạng thái hơi của các nguyên tử tự do.
Đó chính là quá trình hoá hơi và nguyên tử hoá mẫu.
2. Chiếu chùm tia bức xạ đặc trưng của nguyên tố cần phân tích qua đám hơi

nguyên tử tự do vừa được tạo ra ở trên. Các nguyên tử của nguyên tố cần xác định
trong đám hơi sẽ hấp thụ những tia bức xạ nhất định và tạo ra phổ hấp thụ của nó.

16
3. Tiếp đó, nhờ một hệ thống máy quang phổ người ta thu toàn bộ chùm sáng, phân
ly và chọn một vạch phổ hấp thụ của nguyên tố cần phân tích để đo cường độ của
nó. Cường độ đó chính là tín hiệu hấp thụ. Trong một giới hạn nồng độ nhất định
của nồng độ C, giá trị cường độ này phụ thuộc tuyến tính vào nồng độ C của
nguyên tố ở trong mẫu phân tích theo phương trình:
A

= k.C
b
(*)
Trong đó:
A

: Cường độ của vạch phổ hấp thụ
k : Hằng số thực nghiệm
C : Nồng độ của nguyên tố cần xác định trong mẫu đo phổ
b : Hằng số bản chất (0 < b  1)
Hằng số thực nghiệm k phụ thuộc vào tất cả các điều kiện hoá hơi và nguyên
tử hoá mẫu nhất định đối với một hệ thống máy AAS và với các điều kiện đã chọn
cho mỗi phép đo; b là hằng số bản chất, phụ thuộc vào từng vạch phổ của từng
nguyên tố. Giá trị b=1 khi nồng độ C nhỏ, khi C tăng thì b nhỏ xa dần giá trị 1.
Như vậy, mối quan hệ giữa A

và C là tuyến tính trong một khoảng nồng độ
nhất định. Khoảng nồng độ này được gọi là khoảng tuyến tính của phép đo. Trong
phép đo AAS, phương trình (*) ở trên chính là phương trình cơ sở để định lượng

một nguyên tố.
1.3.2.2 Trang bị của phép đo.
Dựa vào nguyên tắc của phép đo, ta có thể mô tả hệ thống trang bị của thiết
bị đo phổ AAS theo sơ đồ như sau:


Phần 1. Nguồn phát chùm tia bức xạ cộng hưởng của nguyên tố cần phân tích. Đó
có thể là đèn catốt rỗng (Hollow Cathode Lamp-HCL), hay đèn phóng điện không
điện cực (Electrodeless Discharge Lamp-EDL), hoặc nguồn phát bức xạ liên tục đã
được biến điệu.




Phần 1
Phần 4
Phần 3
Phần 2

17
Phần 2. Hệ thống nguyên tử hoá mẫu. Hệ thống này được chế tạo theo ba loại kỹ
thuật nguyên tử hoá mẫu. Đó là:
- Kỹ thuật nguyên tử hoá mẫu bằng ngọn lửa đèn khí (F-AAS)
- Kỹ thuật nguyên tử hoá mẫu không ngọn lửa (ETA-AAS)
- Kỹ thuật hoá hơi lạnh (CV-AAS)
Phần 3. Bộ phận đơn sắc (hệ quang học) có nhiệm vụ thu, phân ly và chọn tia sáng
(vạch phổ) cần đo hướng vào nhân quang điện để phát hiện và đo tín hiệu hấp thụ
AAS của vạch phổ.
Phần 4. Bộ phận khuyếch đại và chỉ thị tín hiệu AAS. Phần chỉ thị tín hiệu có thể
là:

- Điện kế chỉ thị tín hiệu AAS
- Bộ tự ghi để ghi các pic hấp thụ
- Bộ chỉ thị hiện số
- Bộ máy in
- Máy tính với màn hình để hiển thị dữ liệu, phần mềm xử lý số liệu và điều khiển
toàn bộ hệ thống máy đo.

Hình 1.1: Sơ đồ nguyên tắc cấu tạo của máy quang phổ
hấp thụ nguyên tử
Trong ba kỹ thuật nguyên tử hóa mẫu thì kĩ thuật F-AAS ra đời sớm hơn.
Theo kỹ thuật này người ta dùng nhiệt ngọn lửa đèn khí để nguyên tử hóa mẫu. Do
đó mọi quá trình xảy ra trong khi nguyên tử hóa mẫu đều phụ thuộc vào đặc tính
của ngọn lửa và nhiệt độ là yếu tố quyết định hiệu suất nguyên tử hóa mẫu phân tích


18
Kỹ thuật ngọn lửa:
Theo kĩ thuật này người ta dùng năng lượng nhiệt của ngọn lửa đèn khí để hóa hơi
và nguyên tử hóa mẫu phân tích. Vì thế mọi quá trình xảy ra trong khi nguyên tử
hóa mẫu phụ thuộc vào các đặc trưng và tính chất của ngọn lửa đèn khí, nhưng chủ
yếu là nhiệt độ của ngọn lửa. Đó là yếu tố quyết định hiệu suất nguyên tử hóa mẫu
phân tích, và mọi yếu tố ảnh hưởng đến nhiệt độ của ngọn lửa đèn khí đều ảnh
hưởng đến kết quả.
Kĩ thuật nguyên tử hóa không ngọn lửa:
Về nguyên tắc, kĩ thuật nguyên tử hóa không ngọn lửa là quá trình nguyên tử hóa
tức khắc trong thời gian rất ngắn nhờ năng lượng của dòng điện công suất lớn và
trong môi trường khí trơ. Quá trình nguyên tử hóa xảy ra theo ba giai đoạn kế tiếp
nhau: sấy khô, tro hóa luyện mẫu, nguyên tử hóa để đo phổ hấp thụ và cuối cùng là
làm sạch cuvet. Trong đó hai giai đoạn đầu là chuẩn bị cho giai đoạn nguyên tử hóa
để đạt kết quả tốt. Nhiệt độ trong cuvet graphit là yếu tố chính quyết định mọi sự

diễn biến của quá trình nguyên tử hóa mẫu.
Kĩ thuật nguyên tử hóa không ngọn lửa hiện nay đang được ứng dụng rất phổ biến,
vì kĩ thuật này cung cấp cho phép đo AAS có độ nhạy rất cao (mức nanogam ppb);
có khi gấp hàng trăm đến hàng nghìn lần phép đo trong ngọn lửa.
Trong luận văn này, chúng tôi sử dụng phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử
để xác định cơ chế và hiệu quả xử lý asen bằng bùn đỏ.
1.3.3 Các phương pháp phân tích hóa học [2,3,4,6,7,8, 9 ].
1.3.3.1 Phương pháp phân tích khối lượng:
Phân tích khối lượng là phương pháp phân tích định lượng dựa vào việc cân
khối lượng sản phẩm tạo thành sau phản ứng kết tủa bằng phương pháp hoá học hay
phương pháp vật lí. Do chất phân tích chiếm một tỉ lệ xác định trong sản phẩm đem
cân nên từ khối lượng sản phẩm dễ dàng tính được lượng chất phân tích trong đối
tượng phân tích.
1.3.3.2 Phương pháp phân tích thể tích: