BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP “NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CHẤT THẢI BÙN ĐỎ TỪ QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT BAUXIT LÀM CHẤT HẤP PHỤ ION Zn2+ TRONG NƯỚC THẢI”PHÒNG THÍ NGHIỆM BỘ MÔN LỌC HÓA DẦU

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT
BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT
NGHIỆP
“NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CHẤT THẢI BÙN ĐỎ TỪ
QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT BAUXIT LÀM CHẤT HẤP PHỤ
ION Zn
2+
TRONG NƯỚC THẢI”
ĐỊA ĐIỂM THỰC TẬP: PHÒNG THÍ NGHIỆM BỘ MÔN LỌC - HÓA DẦU
THỜI GIAN THỰC TẬP: 09/06/2014 ĐẾN 20/07/2014

Cán bộ hướng dẫn Sinh viên: Lê Văn Bắc
TS. Tống Thị Thanh Hương Lớp: Lọc Dầu A - K54HĐ
Mã số sinh viên: 0964040006

Hà Nội – 9/2014
Báo cáo tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - Địa chất
Quá đợt thực tập tốt nghiệp tại bộ môn Lọc Hóa - Dầu và tìm đề tài làm đồ
án tốt nghiệp. Không chỉ giúp em hệ thống lại kiến thức mình đã học mà em còn
giúp em mở rộng kiến thức của mình sang các mảng, các lĩnh vực khác nhằm tìm
kiếm đề tài làm đồ án tốt nghiệp. Cho phép em được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến
những Thầy Cô giáo trường Đại học Mỏ Địa Chất nói chung, và những Thầy Cô
giáo trong Khoa Dầu Khí, trong bộ môn Lọc Hóa - Dầu nói riêng. Đặc biệt là cô
Ts.Tống Thị Thanh Hương đã hướng dẫn, chỉ bảo tận tình, chu đáo và định
hướng cho em trong suốt quá trình thực tập tốt nghiệp.
Em xin trân trọng gửi đến quý thầy cô những lời chúc tốt đẹp nhất.
Trong quá trình thực tập tốt nghiệp, cũng như làm báo cáo do vốn kiến thức
còn hạn chế nên không thể tránh khỏi những sai sót. Kính mong được sự quan tâm
và đóng góp ý kiến của quý thầy cô giáo.
Em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày 4 tháng 9 năm 2014
Sinh viên thực hiện

Lê Văn Bắc
Sv: Lê Văn Bắc Page 2
Báo cáo tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - Địa chất
Sv: Lê Văn Bắc Page 3
Báo cáo tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - Địa chất
Bauxit là một trong những khoáng sản phổ biến trên thế giới để chế biến
nhôm kim loại và Việt nam được xác định là một trong những nước có nguồn
Bauxit lớn trên thế giới. 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 [12].
Bùn đỏ là bã thải của quá trình sản xuất nhốm 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, nhôm và một lượng lớn 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 [12].
Đặc biệt ở nước ta hiện nay đang xây dựng nhiều dự án khai thác Bauxite như:
Nhân Cơ (Tỉnh Đắc Nông) và Tân Rai (Tỉnh lâm Đồng), cả hai nhà máy đều có công
suất 600.000 tấn alumin/năm. 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
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. Hiện tại, ở Việt

Nam hầu như chưa có biện pháp hữu hiệu để xử lý cũng như tận dụng nguồn chất
thải này. Mặc dù, bên trong bùn đỏ có chứa một số thành phần hóa học rất hữu ích
cho các ngành công nghiệp khác như: công nghiệp thép, công nghiệp xi măng, vật
liệu xây dựng nhẹ…[12].
Bên cạnh đó ô nhiễm môi trường nước hiện nay vẫn là một vấn đề được toàn
xã hội quan tâm. Cùng với sự gia tăng các hoạt động công nghiệp là việc sản sinh
các chất thải nguy hại, tác động tiêu cực trực tiếp đến sức khỏe con người và hệ sinh
thái. Các hoạt động khai thác mỏ, công nghiệp thuộc da, công nghiệp điện tử, mạ
điện, lọc hóa dầu hay công nghệ dệt nhuộm…, đã tạo ra các nguồn ô nhiễm chính
chứa các kim loại nặng độc hại Trong đó phải kể đến ion Zn
2+
. Zn là dinh dưỡng
thiết yếu nhưng nó sẽ gây ra các chứng bệnh nếu thiếu hụt cũng như dư thừa. Zn
Sv: Lê Văn Bắc Page 4
Báo cáo tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - Địa chất
còn có khả năng gây ung thư, gây ngộ độc hệ thần kinh, sự nhạy cảm, sự sinh sản,
gây độc đến hệ miễn nhiễm [5,13].
Để xử lý các kim loại nặng và màu trong nước thải nói chung và ion Zn
2+
nói
riêng thì có rất nhiều phương pháp, trong đó phương pháp hấp phụ được đánh giá là
một phương pháp hữu hiệu. Hiện nay, hướng nghiên cứu các vật liệu hấp phụ là chế
tạo các vật liệu hấp phụ giá thành thấp, thân thiện với môi trường và được chế tạo
từ các chất thải. Xuất phát từ những yêu cầu thực tiễn trên nên em chọn hướng
nghiên cứu:“Nghiên cứu ứng dụng chất thải bùn đỏ từ quá trình sản xuất bauxit
làm chất hấp phụ ion Zn
2+
”. Việc nghiên cứu đề tài này sẽ giải quyết được hai vấn đề:
− Giảm được lượng chất thải của quá trình khai thác, chế biến Bauxite.
− Làm giảm giá thành sản xuất chất hấp phụ cho xử lý môi trường.

CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN
1.1 TỔNG QUAN VỀ BAUXIT.
1.1.1 Giới thiệu về bauxit.
Bauxit là một loại quặng nhôm trầm tích có màu hồng, nâu được hình thành
từ quá trình phong hóa các đá giàu nhôm hoặc tích tụ từ các quặng có trước bởi quá
Sv: Lê Văn Bắc Page 5
Báo cáo tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - Địa chất
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.
1.1.2 Tình hình khai thác và sản xuất bauxite ở Việt Nam và trên thế giới.
1.1.2.1 Tình hình khai thác và sản xuất bauxit trên thế giới.
Theo công bố của cục khảo sát địa chất Mỹ vào tháng 1 năm 2009 thì tiềm năng
bauxite của toàn thế giới khoảng 55 – 75 tỷ tấn, phân bố trên các châu lục như bảng 1.1 [12].
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 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 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
Ứng dụng chủ yếu của Bauxite là làm nguyên liệu cho công nghiệp luyện
nhôm. Ngành công nghiệp sản xuất nhôm kim loại tiêu thụ khoảng 85% quặng

Bauxit trên toàn thế giới. Phần Bauxit còn lại được sử dụng trong 2 lĩnh vực chính
là sản xuất Alumin chuyên dụng ( 10% ) bao gồm Alumin nung và Alumin hoạt
hóa, và sản xuất vật liệu chịu lửa ( 5%). Ví dụ như là gạch chịu lửa, xi măng chịu
lửa và các vật liệu mài [13].
Tình hình sản xuất bauxit trên thế giới được thể hiện ở bảng 1.3:
Bảng 1.3 Khai thác bauxit trên thế giới [14,15]
(Đơn vị : 1000 tấn)
TT Quốc gia Sản lượng khai thác Trữ lượng Trữ lượng
Sv: Lê Văn Bắc Page 6
Báo cáo tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - Địa chất
khai thác ban đầu2007 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
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 1.4 Dự báo về thị trường alumin đến năm 2020 [14]
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/T
hiếu
2,0 1,1 2,1 -0,5 0,3 -0,5 -0,3 -1,0 0,4
Sv: Lê Văn Bắc Page 7
Báo cáo tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - Địa chất
1.1.2.1 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 60% tổng trữ lượng); Lâm Đồng

khoảng 975 triệu tấn (chiếm 19%); Gia Lai - Kon Tum khoảng 806 triệu tấn
(chiếm 12%) và Bình Phước khoảng 217 triệu tấn (chiếm 5%) và một số khu vực
ven biển Quảng Ngãi và Phú Yên [1,11,12].
Hình 1.1 Sự phân bố quặng bauxit tại Việt Nam
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 [1].
Việt Nam có hai loại hình quặng boxit:
− Loại quặng bơsmit và diaspo, tập trung chủ yếu ở Miền Bắc Việt Nam, phân bố ở
các tỉnh Hà Giang, Cao Bằng, Lạng Sơn, Bắc Giang). Tổng trữ lượng dự đoán
khoảng trên 350 triệu tấn, hàm lượng nhôm dao động trong khoảng 39-65 %. Modul
silic (Al2O3/SiO2) bằng 5-8.
− Loại quặng gipsit, tập trung chủ yếu ở Tây Nguyên và Miền Nam Việt Nam, với
tổng trữ lượng ước tính khoảng 7,6 tỷ tấn.
Tuy nhiên, trừ những khu mỏ lớn ở Lâm Đồng, trữ lượng quặng còn lại được
phân bố dàn trải, vỉa quặng không dày và hầu hết đều nằm trong các vùng canh tác
nông, lâm nghiệp, nên sẽ có những khó khăn nhất định trong quá trình khai thác để
sản xuất nhôm quy mô lớn, do đụng chạm trực tiếp đến việc sử dụng đất canh tác, vấn đề
cân bằng nước mặt, vấn đề quặng thải, vấn đề nước thải và nói chung là vấn đề sinh thái.
Mặc dù nước ta có tiềm năng về bauxit nhưng ngành công nghiệp khai thác
bauxit ở nước ta còn mới và rất nhỏ bé. Quặng bauxit cung cấp cho nhà máy Hóa
Sv: Lê Văn Bắc Page 8
Báo cáo tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - Địa chất
Chất Tân Bình mới chỉ dùng để sản xuất nhôm hydroxit. Nếu chỉ tính riêng ngoại tệ để
nhập nhôm kim loại, hàng năm nước ta phải chi một lượng ngoại tệ lớn như sau [20,21].
− Năm 2000 : khoảng 160 triệu USD
− Năm 2005 : khoảng 250 triệu USD
− Năm 2010 : khoảng 390 triệu USD
− Năm 2015 : khoảng 480 triệu USD
Hiện nay thì nước ta đã và đang xây dựng 2 thêm nhà máy khai thác và chế
biến Bauxite: Nhân Cơ (Tỉnh Đắc Nông) với công suất 600.000 tấn/năm và Tân Rai

(Tỉnh lâm Đồng) với công suất 600.000 tấn/năm [15].
1.1.2. 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
Sv: Lê Văn Bắc Page 9
Báo cáo tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - Địa chất
phương pháp lắng gạn. Thông thường cứ mỗi tấn nhôm được sản xuất ra thì có
khoảng 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.
Sơ đồ nguyên lý dây chuyền công nghệ kiềm Bayer được giới thiệu trong
hình dưới đây:
Hình 1.2 Sơ đồ công nghệ sản xuất alumin theo phương pháp kiềm Bayer
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
Sv: Lê Văn Bắc Page 10

Báo cáo tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - Địa chất
1.2 TỔNG QUAN VỀ BÙN ĐỎ.
1.2.1. Khái niệm
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 mất khoảng 4 tấn bauxite để sản xuất 1 tấn aluminium, và khoảng 2
tấn alumina để sản xuất 1 tấn aluminium và thải ra 3 tấn bùn đỏ [15].
Hình 1.3 Sơ đồ hiệu suất sản xuất nhôm
1.2.2. Thành phần của bùn đỏ
1.2.2.1 Oxit sắt
Độ tan của Fe(III) oxit thì thấp, trong khi Fe(II) oxit lại ít tan. Trong khoảng
pH 4-10, tổng lượng Fe trong dung dịch là khoảng nhỏ hơn 10
-6
M. Các oxit sắt hòa
tan chậm trên một khoảng pH rộng. Giản đồ độ tan của hematite và goethite, hình
1.1 cho thấy oxit sắt có độ tan nhỏ nhất ở khoảng pH 7- 8, tức là quanh điểm đẳng
điện (PZC). Do các oxit sắt có tính lưỡng tính, nên chúng có thể tan trong môi
trường axit để tạo thành cation hydroxo và trong môi trường bazơ để tạo thành
anion hydroxo.
Hình 1.4 Độ tan của hematite và goethite theo pH
Sự hòa tan của các oxit sắt được thể hiện trong các phương trình (1.4), (1.5)
cho goethite và phương trình (1.6) cho hematite. Độ tan của hematite được cho là
tăng khi nồng độ ion hidroxit tăng, và tăng trong các dung dịch kiềm theo thứ tự
NaOH > KOH > LiOH.
FeOOH + H
2
O Fe
3+

+ 3OH
-
(1.4)
FeOOH + 3H
+
Fe
3+
+ 2H
2
O (1.5)
Sv: Lê Văn Bắc Page 11
Báo cáo tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - Địa chất
0.5 αFe
2
O
3
+ 2.5H
2
O Fe(OH)
4
-
+ H
+
(1.6)
Các nhóm chức hidroxyl bề mặt là những tâm hoạt động ở bề mặt chất rắn
trong môi trường nước. Chúng giữ nguyên một cặp điện tử cũng như là một nguyên
tử hidrogen liên kết mà có thể phản ứng được với cả axit lẫn bazơ, do đó làm cho
các oxit sắt có tính lưỡng tính. Xem hình (1.7), (1.8).
FeOH
2

+
FeOH + H
+
(1.7)
FeOH FeO
-
+ H
+
(1.8) Trong đó : chỉ ra bề mặt oxit sắt
Về mặt tinh thể học,nhóm hidroxyl bề mặt có thể kết hợp với nhau từ 1, 2
hay 3 nguyên tử Fe, xem hình 1.2. Mật độ của những nhóm này phụ thuộc cả vào
cấu trúc tinh thể và sự khác nhau hình thái tinh thể. Các nghiên cứu về sự hấp phụ
cho thấy rằng các nhóm hidroxyl đôi kết trên bề mặt goethite và hematite đều trơ
với mọi pH, sự hấp phụ các ion chủ yếu liên quan đến các nhóm đơn kết. Mật độ
nhóm chức bề mặt trên các oxit sắt khác nhau được xác định bằng nhiều kỹ thuật,
như là: chuẩn độ axit/bazơ, đo đẳng điện hấp phụ BET với hơi nước, trao đổi D
2
O,
Ti và bằng phản ứng hấp phụ các cấu tử florua, photphat hay oxalat.
Hình 1.5 Các nhóm hydroxyl bề mặt trên các oxit sắt
Quá trình hấp phụ của oxit sắt trên bùn đỏ chủ yếu liên quan đến sự tương
tác giữa chất bị hấp phụ và các nhóm hidroxyl bề mặt trên các oxit sắt. Nguyên tử
oxy của nhóm hidroxyl bề mặt có thể tương tác với các proton, trong khi các iron
kim loại bên dưới đóng vai trò như một axit Lewis và trao đổi nhóm OH
-
cho ligand
khác để hình thành phức bề mặt. Sự hấp phụ các anion đơn giản, các anion oxi, các
ion hữu cơ trên các oxit sắt đã được nghiên cứu rộng rãi. Sự hấp phụ các anion trên
các oxit sắt có thể xảy ra trường hợp đặc trưng cũng như không đặc trưng . Sự hấp
phụ đặc trưng liên quan đến sự thay thế của các nhóm hydroxyl bề mặt bằng ligand

chất hấp phụ. Đó là hấp phụ hóa học, hấp phụ trao đổi ion. Các ion chất hấp phụ đặc
trưng làm thay đổi điện tích bề mặt trên oxide và do đó tạo nên sự thay đổi PZC. Và
chúng thường gắn chặt và không dễ bị thay thế. Các anion hấp phụ đặc trưng trên
các oxit sắt là phosphate, silicate, selenate, arsenate, chlorite, fluorite, citrate,
Sv: Lê Văn Bắc Page 12
Báo cáo tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - Địa chất
oxalate. Sự hấp phụ anion ở bất kỳ pH nào sẽ tăng khi tăng khi tăng nồng độ chất bị
hấp phụ. Sự hấp phụ đạt cực đại ở pH thấp và giảm khi tăng pH ngoại trừ silicate.
Sự hấp phụ cation trên oxit sắt cũng diễn ra đặc trưng lẫn không đặc trưng và
thường nhanh chóng ở thời điểm đầu, nhưng sự hấp phụ kim loại vết có thể tiếp tục
tăng nhiều ngày với nhiều lần để đạt cân bằng. Sự hấp phụ Ni, Zn, Cd trên goethite
tăng nhiều ngày với nhiều lần để đạt cân bằng. Sự hấp phụ Ni, Zn, Cd trên goethite
tăng khi thời gian phản ứng trên tăng từ 2 giờ - 42 ngày. Sự hấp phụ trên goethite
thường xảy ra ở pH trong khoảng 3 – 8.5.
1.2.2.2 Khoáng silica.
Phần tạp chất chính trong Bauxit là những hợp chất của silic, sắt và titan.
Silica hiện diện trong kaolinite (Al
2
O
3
.2SiO
2
.2H
2
O) và halloysite (Al
2
O
3
.2SiO-
3

.3H
2
O). Silica, trong thạch anh, không dễ bị hòa tan trong chế độ hòa tách nhiệt độ
thấp của quy trình Bayer, tuy nhiên nó đã kết hợp như là khoáng sét tan trong soda
kiềm. Thạch anh có thể bị dính trong chế độ hòa tách nhiệt độ cao, tuy nhiên, sau
đó, nó phản ứng với soda và alumina trong dung dịch và kết tủa một cách cục bộ
như sodium aluminosilicate hay sodalite. Sodalite trong quy trình Bayer có công
thức tổng quát là (3(Na
2
O.Al
2
O
3
.2SiO
2
.nH
2
O).Na
2
X), trong đó n trong khoảng từ 0 – 2
và X là các anion CO
3
2-
, SO
4
2-
, 2OH
-
, 2Cl
-

, hay hỗn hợp của tất cả phụ thuộc và độ tinh
khiết trong dung dịch hòa tách.
Bảng 1.5 Thành phần của bùn đỏ sinh ra từ các nhà máy sản xuất nhôm ở các
nước trên thế giới [14]
Quốc gia Nhà máy
Thành phần chính (% khối lượng)
Fe
2
O
3
Al
2
O
3
TiO
2
SiO
2
Na
2
O
Australia
USA
India
China
Hungary
Jamaica
Surinam
ALCOA
Mobile

Arkansas
Sherwon
Al.Corp.
MALCO
HINDALCO
BALCO
NALCO
40.5
30.4
55.6
50.54
20.26
45.17
35.46
33.8
52.39
6.85
38.45
50.9
24.81
27.7
16.2
12.15
11.13
19.6
27.0
23.0
15.58
14.73
7.29

15.2
14.2
19.0
3.5
10.11
4.5
28.0
5.12
17.2
22.5
3.3
2.45
4.6
6.87
12.15
19.9
11.14
4.5
2.56
6.74
5.7
5.0
6.84
8.44
13.89
10.15
3.4
11.9
1.0-2.0
2.0

1.5-5.0
9.0
8.09
3.64
4.85
5.2
4.0
2.73
8.12
3.18
9.29
Sv: Lê Văn Bắc Page 13
Báo cáo tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - Địa chất
Germany
Baudart
38.75 20.0 5.5 13.0 8.16
1.2.2.3 Hóa học bề mặt của bùn đỏ.
Hóa học bề mặt của các hạt bùn đỏ vô cùng phức tạp do sự khác nhau của
vữa bùn. Sự khó khăn cũng tăng khi xác định thành phần hóa học của bề mặt bùn đỏ
do lớp bề mặt mỏng (khoảng 5nm - 1µm). Tuy nhiên, do những khoáng và oxide
chiếm thành phần chính trong bùn đỏ đã được biết đến là có tính axit/bazơ trong
dung dịch nước, nên bùn đỏ cũng có thể mang tính chất tương tự. Tính chất
axit/bazơ của bùn đỏ được cho là do các nhóm hydroxyl bề mặt quyết định. Diện
tích bề mặt đặc trưng và khả năng hấp phụ proton của bùn đỏ đã xử lý axit là 20.7
m
2
/g và 2.5 x 10
-2
mol/g. Santona và đồng sự đã tím thấy diện tích bề mặt của bùn
đỏ khác nhau khi không xử lý và có xử lý axit, 18.9 và 25.2 m

2
g
-1
. Việc tăng diện tích
bề mặt sau khi xử lý axit cho thấy bùn đỏ đã bị tan một phần và có thể là cancrinte
(một dạng sodium aluminosilicate) khi mà khối lượng giảm 9% sau khi trung hòa.
Chevedoz và đồng sự đã nghiên cứu tính chất bề mặt của bùn đỏ bằng cách
chuẩn độ điện thế, và thấy rằng có 3 vùng tồn tại, xem hình 1.4, do cơ chế tồn tại
khác biệt nhau. Hạt bùn đỏ có thể lấy H
+
mà không làm thay đổi pH trong vùng I do
sự hiện diện của ion hidroxit tự do phản ứng với proton, sau đó những nhóm
hydroxyl bề mặt sẽ bị ion hóa. Tuy nhiên, một lượng nhỏ nhóm hydroxyl bề mặt
được tìm thấy có dư một proton trong vùng này. Điểm uồn giữa vùng I và vùng II
đại diện cho hạt bùn đỏ trong dung dịch nước cơ bản đang mang nhóm hydroxyl bề
mặt bị ion hóa (S-O
-
) lấy proton. Khi pH trung tính, vùng II, tất cả ion hidroxit tự do
đã phản ứng với proton được thêm vào vữa bùn và sau đó proton đó tiếp tục bị phản
ứng bởi các nhóm hydroxyl bề mặt và kết quả là làm pH không đổi. Khi mà tất cả
nhóm hydroxyl bề mặt bị trung hòa, điểm cuối của vùng II, sự tích tụ proton trong
dung dịch đã gây ra một bước nhảy của pH, vùng III.
Sv: Lê Văn Bắc Page 14
Báo cáo tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - Địa chất
Hình 1.6 Đường cong chuẩn độ của vữa bùn đỏ và dung dịch kiềm
Lượng nhóm hydroxyl bề mặt tỷ lệ với thành phần silica hoạt tính trong
nguồn Bauxit. Sodalite là một hợp chất kiểu zeolit với diện tích bề mặt cao, có
nhiều tâm nguyên tử oxygen có khả năng phản ứng với proton. Chevedov [11] đã
ước lượng số nhóm hydroxyl bề mặt trên bùn đỏ và đã đề nghị rằng có một lượng
lớn sodalite trên bề mặt bùn đỏ.

Điện tích bề mặt của bùn đỏ có thể được xác định bằng cách đo pH. Điểm
đẳng điện (PZC) có thể được dùng để xác định tính chất điện bề mặt của vật liệu,
nghĩa là tại pH đó thì tổng điện tích bề mặt bằng không. PZC giúp đánh giá tính axit
của bề mặt oxide. Hầu hết PZC của các oxide của nhôm và sắt khoảng 7-8, với
Fe
2
O
3
và Al
2
O
3
có PZC là 8.5 và 9.2, PZC của hematite là 8.5-8.8, xác định bằng
phương pháp chuẩn độ điện thế, trong khi của goethite là khoảng 8.9-9.5. Một vài
nghiên cứu đã công bố PZC vủa bùn đỏ là khoảng 6.3, do sự hiện diện của những
hợp chất này làm giảm PZC. Sự hiện diện của nhiều oxide khác nhau trong bùn đỏ,
cho thấy rằng nó không chỉ có những phức bề mặt trung tính và các tâm SOH ở
điểm PZC, mà còn có cả phức bề mặt dương (như FeOH
2
+
, AlOH
2
+
) và phức bề mặt
âm (như TiO
-
, SiO
-
). Sự giảm PZC thì đặc trưng cho thong tin về những vị trí tích
điện khác nhau trên bề mặt, và việc giải phóng các ion hidroxit tự do vào dung dịch

làm tăng điện tích dương trên bề mặt.
1.2.3. Phương pháp thải[15].
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
từng có hai phương pháp thải bùn đỏ: Thải trên đất liền và thải xuống nước
Sv: Lê Văn Bắc Page 15
Báo cáo tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - Địa chất
1.2.3.1 Thải xuống nước.
Thải xuống nước (ra biển, sông suối hoặc các đầm phá ven biển) đã quá lỗi
thời. Hiện nay trên thế giới đã không sử dụng do nó phá hủy hoàn toàn môi trường
sống của các sinh vật biển.
1.2.3.2 Thải trên mặt đất.
Thải trên mặt đất (đất bằng hoặc các thung lũng có bờ bao). Phương pháp
này gây ít ô nhiễm hơn nên dươc ứng dụng nhiều.
Thải trên mặt đất lại có 2 cách:
a. Thải khô.
Là bơm bùn với hàm lượng rắn thấp hơn ra bải thải, đỡ tốn kém, thích hợp
với các vùng có thung lũng cả mỏ đã khac thác, những nơi mưa nhiều. Điều này khá
phù hợp với khu vực Tây Nguyên. Vì ở Tây Nguyên nước ta có lượng mưa gấp gần
4 lần lượng bốc hơi: lượng mưa 2400 mm, lượng bốc hơi 650 mm.
b. Thải ướt.
Là bùn đỏ với hàm lượng rắn cao, tiết kiệm diện tích, nhưng tốn kém và
phức tạp hơn, thích hợp với bải phẳng và những nơi ít mưa, bốc hơi nhiều. Điều này
không phù hợp với điều kiện các khu vực có lượng mưa lớn, như các tỉnh ở Tây
 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
Sv: Lê Văn Bắc Page 16
Báo cáo tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - Địa chất
− 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.
− 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. Phương pháp này được xem là phương pháp hiện đại
nhất hiện nay.

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.
Sv: Lê Văn Bắc Page 17
Báo cáo tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - Địa chất
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.
Hình 1.7 Sơ đồ thải khô nhiều lớp của Alcoa [3]
1.2.4.Tác động về môi trường.
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.
Công nghiệp nhôm bao gồm khai thác bauxit - tuyển rửa quặng (làm giàu) -
sản xuất alumin và điện phân nhôm đối với thế giới đã tồn tại cả thế kỷ nhưng đối
với Việt Nam là mới mẻ. Vì vậy, chúng ta phải đúc rút kinh nghiệm của các nước
đặc biệt là Hungary và căn cứ vào điều kiện hoàn cảnh cụ thể và cần phải hợp tác về
Sv: Lê Văn Bắc Page 18
Báo cáo tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - Địa chất
khoa học, công nghệ với các nước đã có thực tế, đã được tổng kết và đặc biệt cần
lưu ý tới các tác động về môi trường và xã hội trong quá trình thực hiện.
1.2.5. Ứng dụng của bùn đỏ.
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…

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 [12] 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.
Sv: Lê Văn Bắc Page 19
Báo cáo tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - Địa chất
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].
1.2.6 Bùn đỏ từ nhà máy hóa chất Tân Bình.
Ở Việt Nam, nhà máy hóa chất Tân Bình cũng sản xuất aluminium hidroxit
từ quạng bauxit Lâm Đồng theo phương pháp Bayer.
Thành phần hóa học chủ yếu của Bauxit Lâm Đồng được nghi nhận ở bảng 1.6.
Bảng 1.6 Thành phần hóa học của quạng bauxit Lâm Đồng.
Al
2
O
3
Fe
2
O
3
SiO
2
TiO
2

MgO Na
2
O K
2
O CO
2
49,45
%
17,58% 2,08% 2,99% 0,26% 0,05% 0,05% 0,32%
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. NƯỚC THẢI CÓ CHỨA KIM LOẠI NẶNG [5,13].
1.3.1 Định nghĩa và nguồn phát sinh kim loại nặng.
Kim loại nặng là những kim loại có tỷ trọng lớn hơn 5g/cm
3
và thông thường

chỉ

những kim loại hoặc các á kim liên quan đến sự ô nhiễm và độc hại. Tuy nhiên
chúng cũng bao gồm những nguyên tố kim loại cần thiết cho một số sinh vật ở

nồng
độ thấp (Adriano, 2001). Kim loại nặng được được chia làm 3 loại: các kim loại độc
(Hg, Cr, Pb, Zn, Cu, Ni, Cd, As, Co, Sn,…), những kim loại quý (Pd, Pt, Au, Ag,
Ru,…), các kim loại phóng xạ(U, Th, Ra, Am,…). Tỷ trọng của những

kim loại này
thông thường lớn hơn 5g/cm
3
(Bishop, 2002).
Sv: Lê Văn Bắc Page 20
Báo cáo tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - Địa chất
Kim loại nặng hiện diện trong tự nhiên đều có trong đất và nước, hàm lượng
của chúng thường tăng cao do tác động của con người. Các kim loại nặng do tác
động của con người là nguồn gây ô nhiễm kim loại nặng chủ yếu khi chúng đi vào
môi trường đất và nước. Các kim loại do hoạt động của con người như As, Cd, Cu,
Ni và Zn thải ra ước tính là nhiều hơn so với nguồn kim loại có trong tự nhiên, đặc
biệt đối với chì 17 lần (Kabata-Pendias & Adriano, 1995). Nguồn kim loại nặng đi
vào đất và nước do tác động của con người bằng các con đường chủ yếu như bón
phân, bã bùn cống và thuốc bảo vệ thực vật và các con đường phụ như khai khoáng
và kỹ nghệ hay lắng đọng từ không khí.
Hình 1. 8 Ô nhiễm kim loại nặng do tác động của con người đối với đất và nước
1.3.2 Tính chất của kim loại nặng.
Kim loại nặng không bị phân hủy sinh học (Tam & Wong, 1995), không độc
khi ở dạng nguyên tố tự do nhưng nguy hiểm đối với sinh vật sống khi ở dạng
cation do khả năng gắn kết với các chuỗi cacbon ngắn dẫn đến sự tích tụ trong cơ

thể sinh vật sau nhiều năm (Shahidul & Tanaka, 2004). Đối với con người, có
khoảng 12 nguyên tố kim loại nặng gây độc như chì, thủy ngân, nhôm, arsenic,
cadmium, nickel… Một số kim loại nặng được tìm thấy trong cơ thể và thiết yếu
cho sức khỏe con người, chẳng hạn như sắt, kẽm, magnesium, cobalt, manganese,
molybdenum và đồng mặc dù với lượng rất ít nhưng nó hiện diện trong quá trình
chuyển hóa. Tuy nhiên, ở mức thừa của các nguyên tố thiết yếu có thể nguy hại đến
đời sống của sinh vật (Foulkes, 2000). Các nguyên tố kim loại còn lại là các nguyên
tố không thiết yếu và có thể gây độc tính cao khi hiện diện trong cơ thể, tuy nhiên
tính độc chỉ thể hiện khi chúng đi vào chuỗi thức ăn. Các nguyên tố này bao gồm
thủy ngân, nickel, chì, arsenic, cadmium,nhôm,platinum và đồng ở dạng ion kim
Sv: Lê Văn Bắc Page 21
Báo cáo tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - Địa chất
loại. Chúng đi vào cơ thể qua các con đường hấp thụ của cơ thể như hô hấp, tiêu
hóa và qua da. Nếu kim loại nặng đi vào cơ thể và tích lũy bên trong tế bào lớn hơn
sự phân giải chúng thì chúng sẽ tăng dần và sự ngộ độc sẽ xuất hiện (Foulkes,
2000). Do vậy người ta bị ngộ độc không những với hàm lượng cao của kim loại
nặng mà cả khi với hàm lượng thấp và thời gian kéo dài sẽ đạt đến hàm lượng gây
độc. Tính độc hại của các kim loại nặng được thể hiện qua:
− Một số kim loại nặng có thể bị chuyển từ độc thấp sang dạng độc cao hơn trong một
vài điều kiện môi trường, ví dụ thủy ngân.
− Sự tích tụ và khuếch đại sinh học của các kim loại này qua chuổi thức ăn có thể làm
tổn hại các hoạt động sinh lý bình thường và sau cùng gây nguy hiểm cho sức khỏe
của con người.
− Tính độc của các nguyên tố này có thể ở một nồng độ rất thấp khoảng 0.1-10 mg.L-
1 (Alkorta et al., 2004).
1.3.3 Tác hại của ô nhiễm kim loại nặng.
 Đối với sức khoẻ con người:
Khi hàm lượng kim loại nặng trong nước trên mức cho phép chúng sẽ gây những
ảnh hưởng có hại đến sức khoẻ con người một số gây bệnh ung thư,thần kinh,cũng như
các bộ phận khác vì vậy chúng ta cần biết tác hại của nó mà tìm cách phòng tránh.

 Đối với môi trường:
− Nước bị ô nhiễm kim loại nặng sẽ có những tác hại đến động thực vật,sức khoẻ con
người.Tác động xấu đến môi trường sinh thái.
− Độc hại đối với cá và các sinh vật thủy sinh khác.
− Tác động xấu tới chất lượng hệ thống cống rãnh.
− Ảnh hưởng xấu tới quá trình xử lý sinh học.
− Làm ô nhiễm nước mặt và nước ngầm.
1.3.4 Các phương pháp xử lý ô nhiễm kim loại nặng.
Xử lý ô nhiễm kim loại nặng bằng các phương pháp hóa lý.
Bằng con đường xử lý hóa học người ta có thể loại trừ kim loại nặng ra khỏi
nước thải. Với các nguồn nước thải công nghiệp có nồng độ kim loại nặng cao và
pH cực đoan thì việc xử lý chúng bằng các phương pháp hóa lý là rất ưu thế.
Các phương pháp hóa lý thường được sử dụng là:
− Phương pháp bay hơi.
− Phương pháp kết tủa hóa học.
− Phương pháp trao đổi ion.
− Phương pháp hấp phụ.
Sv: Lê Văn Bắc Page 22
Báo cáo tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - Địa chất
− Kỹ thuật màng.
− Phương pháp điện hóa.
Khi nồng độ kim loại trong nước thải cao, khối lượng nước thải không quá
lớn thì các phương pháp xử lý hóa-lý tỏ ra rất hiệu quả. Tuy nhiên, nước thải sau
khi được xử lý vẫn còn một lượng kim loại nặng nhất định. Điều này không phải là
không nguy hiểm đối với môi trường. Điều quan trọng là phương thức xử lý hóa lý
có thể không hiệu quả hoặc quá đắt khi nồng độ khởi đầu của kim loại nặng trong
nước thải chỉ khoảng 10-100 mg/lít. Và như vậy, trong những điều kiện mà phương
pháp xử lý hóa lý tỏ ra quá đắt và quá phức tạp thì các biện pháp sinh học có cơ hội
thay thế một cách thành công.
Xử lý ô nhiễm kim loại nặng bằng các phương pháp sinh học.

Cơ sở của phương pháp này là hiện tượng nhiều loài sinh vật (thực vật thủy
sinh, tảo, nấm, vi khuẩn ) có khả năng giữ lại trên bề mặt hoặc thu nhận vào bên
trong các tế bào của cơ thể chúng các kim loại nặng tồn tại trong đất và nước (hiện
tượng hấp thu sinh học-biosorption).
Các phương pháp sinh học để xử lý kim loại nặng bao gồm:
−Sử dụng các vi sinh vật kỵ khí và hiếu khí.
−Sử dụng thực vật thủy sinh.
−Sử dụng các vật liệu sinh học
Khả năng sử dụng vi tảo để xử lý kim loại nặng trong nước thải.
+Những ưu thế:
Người ta đã phát hiện rằng nhiều loại sinh khối có thể hấp thụ (asorption)
kim loại nặng trong nước, trong số đó có sinh khối vi tảo. Các nghiên cứu đã chỉ ra
rằng việc sử dụng sinh khối sống và chết của các loại vi tảo để hấp thu kim loại
nặng có những ưu thế đặc biệt:
− Nhiều loại vi tảo có khả năng thu nhận kim loại nặng ở mức độ cao, nồng độ kim
loại nặng tích lũy bên trong các cấu trúc tế bào của chúng có thể cao gấp hàng nghìn
lần nồng độ trong tự nhiên.
− Diện tích bề mặt riêng của sinh khối vi tảo vô cùng lớn làm cho chúng rất hiệu quả
trong việc loại trừ và tái thu hồi kim loại nặng trong nước thải.
− Sự hấp thu sinh học các ion kim loại nhờ tảo tốt hơn so với sự kết tủa hóa học ở khả
năng thích nghi với sự thay đổi pH và nồng độ kim loại nặng; tốt hơn phương pháp
trao đổi ion và thẩm thấu ngược ở khả năng nhạy cảm với sự hiện diện của chất rắn
lơ lửng, các chất hữu cơ, và sự hiện diện của các kim loại khác.
− Có khả năng xử lý với một thể tích lớn nước thải với tốc độ nhanh.
Sv: Lê Văn Bắc Page 23
Báo cáo tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - Địa chất
− Có tính chọn lọc cao nên nồng độ kim loại nặng còn lại sau xử lý sinh học có thể
chỉ còn thấp hơn 1ppm trong nhiều trường hợp.
− Hệ thống xử lý sinh học không cần các thiết bị hóa chất đắt tiền, dễ vận hành, phù
hợp với các điều kiện hóa lý khác nhau nên giá thành thấp (chỉ bằng khoảng 1/10

giá thành của phương pháp trao đổi ion).
− Trong hoạt động quang hợp của mình, vi tảo còn thu nhận một lượng lớn khí CO
2
,
các muối dinh dưỡng, có tác dụng làm giảm hiệu ứng nhà kính, ngăn ngừa và khắc
phục tình trạng phì dưỡng (eutrophication) của môi trường nước.
Chính vì thế vi tảo có thể là một lựa chọn đơn giản và hiệu quả để loại trừ
kim loại nặng trong nước thải công nghiệp.
+Những thách thức.
Thách thức lớn nhất đối với việc sử dụng vi tảo để loại trừ kim loại nặng
trong nước thải là khả năng hấp thu kim loại nặng của các loài tảo khác nhau là rất
khác nhau. Trong số hàng ngàn loài vi tảo đã được phân loại thì mới chỉ có rất ít
loài được nghiên cứu về khả năng thu nhận kim loại nặng của chúng. Việc tìm
kiếm, chọn lọc những chủng, loài tảo có khả năng hấp thu mạnh mẽ kim loại nặng
là một nhiệm vụ to lớn của các nhà nghiên cứu hiện nay. Trạng thái của sinh khối
tảo, cách thức tiền xử lý sinh khối trước khi đem hấp thu kim loại nặng cũng có
những ảnh hưởng quan trọng tới năng lực hấp thu. Vì lý do thương mại, các chủng
tảo có khả năng hấp thu kim loại nặng cao và phương pháp tiền xử lý sinh khối
thường không được công bố.
Do kích thức nhỏ nên việc thu hồi sinh khối vi tảo từ môi trường xử lý là khá
khó khăn. Hiện đây vẫn là một công đoạn tốn kém nhất. Giải pháp cho vấn đề này
có thể là sử dụng các tế bào vi tảo được cố định trong các chất mang như silicagel,
polyacrylamide, polyvinyl, polyurethane, agar, alginat, carrageenan, chitosan Rất
nhiều nghiên cứu hiện đang triển khai theo hướng này.
Các nguồn nước thải có chứa kim loại nặng trong nhiều trường hợp còn chứa
nhiều thành phần hóa học khác có độc tính cao với các sinh vật sống vì vậy cần phải
tiến hành xử lý sơ bộ trước khi đưa tảo vào để xử lý kim loại nặng. Có thể nói rằng
vi tảo chỉ thực hiện một số công đoạn trong quá trình xử lý nước thải, chủ yếu là
tham gia vào giai đoạn xử lý cấp II và cấp III.
 Xử lý kim loại nặng bằng phương pháp hoá học.

Các ion kim loại nặng như thuỷ ngân, Cd,Zn ,Pb, As,Cu,Ni dược loại
ra khỏi nước bằng phương pháp hoá học .Bản chất của phương pháp là
chuyển các chất tan trong nước thành không tan bằng cách thêm tác nhân và
tách dưới dạng kết tủa. Chất thường dùng là hydroxyt Ca và Na , CaCO
3
Sv: Lê Văn Bắc Page 24
Báo cáo tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - Địa chất
,Na
2
SO
4
các chất thải khác nhau như là xỉ Fe-Cr chứa CaO 51,3%; MgO
9,2%; SiO
2
27,4%; Cr
2
O
3
41,3%; Al
2
O
3
7,2% ;FeO 0,73%.
−Xử lý thuỷ ngân.
Xử lý các hợp chất thuỷ ngân nước thải bị ô nhiêm thuỷ ngân và các hợp
chất thuỷ ngân dược tạo thành trong sản xuất clo và NaOH trong các quá trình điện
phân dùng điện cực Hg do sản xuất Hg điều chế thuốc nhuộm, các hyđrocacbon do
sử dụng Hg làm chất xúc tác .Hg trong nước tồn tại ở dạng kim loại , hợp chất vô cơ
: Oxit ,HgCl
2

,sunfat, xianua …
Thuỷ ngân kim loại được lắng và lọc các hạt không lắng được ôxy hoá bằng
clo hoặc NaOCl đến HgCl
2
sau đó xử lý nước bằng NaHSO
4
hoặc Na
2
SO
3
để loại
chúng và clorua. Thuỷ ngân có thể được tách ra khỏi nước bằng phương pháp khử
với các chất khử là sunfat Fe, biunfit bột Fe, khí H
2
S, hydrazin.
Các hợp chất thuỷ ngân trước tiên bị thuỷ phân bằng oxy hóa (bằng khí clo), sau
khi loại clo dư, cation Hg đươc khử đến Hg kim loại hoặc chuyển sang dạng sunfua
khí rồi loại cặn.
−Xử lý các hợp chất Zn, Cu, Ni, Pb, Cd, Co.
Muối của các kim loại này, hoá chất chứa chúng trong nước thải tuyển
quặng,luyện kim, chế tạo máy, chế biến kim loại, dược phẩm, chế biến sơn, dệt…
+ Xử lý nước thải chứa muối Zn bằng NaOH.
Zn
2+
+ 2OH
-
=> Zn(OH)2.
Khi pH= 5,4, Zn(OH)
2
bắt đầu lắng. Khi pH=10,5 bắt đầu tan các Zn(OH)

2
lưỡng tính.Do đó,quá trình xử lý cần tiến hành với pH=8-9.
Khi sử dụng xoda ta có phản ứng.
2ZnCl
2
+ 2Na
2
CO
3
+ H
2
O => 4NaCl + Zn(OH)
2
CO
3
+ CO
2
Khi pH= 7 – 9,5 hình thành cacbonát có thành phần 2ZnCO
3
, 3Zn(OH)
2
-
, khi
pH ≥ 10 thành phần hydroxyt tăng.
+Xử lý nước thải chứa ion kim loại Cu bằng hydroxyt.
Cu
2+
+ 2OH =>Cu(OH)
2
2Cu

2+
+ 2OH
-
+ CO
2-
3
=> 2Cu(OH)
2
CO
3
Có thể dùng feoxinua kali để tách Cu và các ion kim loại nặng ra khỏi nước.
Để loại Cu và cadimi cho nước thải tiếp xúc với SO
2
hoặc các sunfit và bột Zn, Fe
khi đó kim loại nặng hình thành sunfua khó tan.
+ Xử lý Ni bằng hydroxyt cacbonat.
Ni
2+
+ 2OH
-
=>Ni(OH)
2
2Ni + 2OH
-
+ CO
2-
3
=>2Ni(OH)
2
CO

3
Ni
2+
+ CO
2-
3
=> NiCO
3
Sv: Lê Văn Bắc Page 25