Bài thảo luận môn tái chế và sử dụng chất thải tái chế bùn đỏ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP VIỆT TRÌ
KHOA CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG

SVTH: Phạm Đức Sơn
Nguyễn Văn Tám
Tạ Tiến Thành
Ngô Thu Thủy
Nguyễn Thị Thủy


1.Khái niệm bùn đỏ
• Bùn đỏ là chất thải của quặng thoát ra từ quá trình tinh chế
quặng theo quy trình Bayer sau khi Al2O3 được tách ra
khỏi quặng bằng phản ứng với NaOH đặc.
• Ngoài những thành phần vốn có trong quặng bauxite như oxit
sắt, oxit silic, oxit titan và các tạp chất khác bùn đỏ còn có
chứa một lượng nhỏ xút NaOH và dung dịch aluminat natri mà
không thể thu hồi hết được
• Bùn đỏ là CTR có kiềm tính cao,pH dao động từ 10-12.Bùn đỏ
có kích thước hạt rất mịn (trung bình là 10 micromet).
• Để sản xuất 1 tấn alumin bằng công nghệ Bayer sẽ thải ra
khoảng 1,5 - 2,0 tấn bùn đỏ.


•  Bảng thành phần của bùn đỏ
Fe2O3

    Al2O3

 SiO2

     Na2O

CaO

TiO2

30-60%

10-20%

3-50%

2-10%

2-8%

10%

Hình ảnh về bùn đỏ


2. Tác hại của bùn đỏ
• Do còn chứa một tỷ lệ nhất định hoá chất độc hại như xút
NaOH và dung dịch aluminat natri thường không thể thu hồi
hết được. Bùn đỏ nếu dính vào da sẽ gây bỏng nguy hiểm cho
con người (vì đây là một dạng bỏng hoá học),giết chết sinh vật
và cây cỏ.
•  Dung dịch bùn đỏ sẽ phân ly thành nhiều pha với các cỡ hạt
khác nhau, trong đó có pha cỡ hạt siêu nhỏ gồm các kim loại
nặng độc hại sẽ ngấm xuống đất, còn các pha cỡ hạt lớn lại

không thể liên kết lại với nhau khi gặp mưa rất nguy hiểm, dễ
bị trôi lấp.


• Các đập của hồ bùn đỏ sẽ giống như các đập hồ thuỷ điện,
phải chịu lực do áp lực thuỷ tĩnh của bùn đỏ ướt tạo ra, nên rất
kém an toàn.
• Bùn đỏ có thể gây ra sự cố nghiêm trọng (ăn mòn, dẫn đến làm
hỏng) đường ống dẫn khí hay đường sắt. Điều đặc biệt là nguy
cơ bùn đỏ làm ô nhiễm các nguồn nước hạ lưu khi bể chứa bị
vỡ.


3.Phương pháp xử lý bùn đỏ
•  Xử lý phần chất lỏng đi kèm bùn đỏ hoặc phát sinh trong hồ
bùn đỏ bằng cách tái sử dụng trong dây chuyền sản xuất hoặc
trung hoà bằng nước biển (trường hợp nhà máy đặt cạnh biển)
hoặc trung hoà bằng CO2.
• Chôn lấp bùn đỏ đã thải, tiến hành hoàn thổ, phục hồi môi
trường.
• Xử lý bùn đỏ từ bãi thải, dùng cho các ứng dụng như vật liệu
xây dựng (gạch, ngói, bê tông...), làm đường, chế biến sơn,
chế tạo các vật liệu đặc biệt khác...
• Việc lựa chọn các phương án xử lý bùn đỏ sau thải được thực
hiện tùy theo các nhà máy alumin cụ thể, tuy nhiên hiện nay
phương án chôn lấp, hoàn thổ chiếm ưu thế và được áp dụng
rộng rãi, phương án chế biến bùn đỏ đang được nghiên cứu,
thử nghiệm vì chi phí để thực hiện cao, hiệu quả kinh tế thấp.

3.1 Phương pháp chôn lấp
• Hồ chứa bùn đỏ là một bộ phận của hệ thống sản xuất alumina
từ quặng bauxite, hồ này được thiết kế rất kỹ để chống thấm
chất lỏng trong bùn đỏ xuống nước ngầm theo chiều đứng và
chiều ngang.
• Để chống tràn, hồ sẽ được xây dựng hệ thống thoát nước mưa
hoàn chỉnh xung quanh hồ bảo đảm không có nước mưa chảy
xuống hồ gây tràn hồ. Hồ sẽ nạo sạch lớp thực bì, bùn... và
được cán lót 2 lớp đất sét ( dày 60 cm ) với lớp lót vải địa kỹ
thuật ở giữa. Bảo đảm chống thấm tuyệt đối.


• Mỗi hồ được ngăn ra thành nhiều ô nhỏ và lượng bùn đỏ sẽ
được thải theo từng ô. Khi đầy ô thì dùng công nghệ xử lý hút
nước ( chủ yếu là nước thải chứa xút ) để đưa nước xút này trở
lại nhà máy Alumin sử dụng cho công nghệ chế biến Alumin
và qua đó cũng làm khô bùn đỏ. Sau đó sẽ lấp đất đảm bảo
chôn vĩnh viễn nếu như không sử dụng chất thải này.


3.2 Trung hòa độc tính của bùn đỏ
• Cách này có thể thực hiện được bằng sử dụng nước biển.
Những nghiên cứu đăng trên tạp chí môi sinh về phương
pháp này chỉ ra rằng, cứ 1 khối bùn đỏ cần 2 khối nước
biển để trung hòa.
• Độ kiềm của bùn sẽ giảm từ 12 xuống khoảng 8.5; độ
pH vừa phải để lớp rễ cây có thể chịu đựng được. Theo lí
giải của các nghiên cứu, sự tồn tại của một lượng lớn Ca2+
và Mg2+ trong nước biển sẽ tạo thành các hidroxit dưới
dạng kết tủa, làm giảm pH của bùn.

3.3 Lọc bỏ và thay thế các độc chất trong bùn đỏ
    Có thể sử dụng các phương pháp trao đổi ion để thay natri và
hidroxite trong NaOH bằng kali và photphat. Phương pháp này
đã cho thấy một số kết quả trong phòng thí nghiệm, nhưng
chưa thể triển khai đại trà vì chi phí màng lọc và khó khăn về
thời gian trao đổi. Những kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng để
việc trao đổi ion hoàn tất cho 1 khối bùn đỏ, phải mất 10 ngày.
3.4 Một số phương pháp khác
• Tìm kiếm các nguồn phối trộn để trung hòa bùn đỏ: cần tập
trung khai thác các nguồn hữu cơ có tính acid: than bùn chua
(pH < 4), tăng cường sử dụng than bùn ủ phân chuồng bón phủ
lên trên bùn đỏ.
• Trên nền bùn đỏ đã xử lý trung hòa, khảo nghiệm các nhóm
thực vật hoặc cây trồng thích hợp có khả năng đem lại hiệu
quả kinh tế và đồng thời cải tạo - tái tạo đất trồng.


4.Công nghệ thu hồi bùn đỏ

Bauxit+NaOH
Nghiền và trộn bauxit với NaOH
Hòa tan ở 220-250o C
Pha lỏng
Bùn(Fe2O3, SiO2 …)
Rửa 4-6 lần
Bùn đỏ
Hồ chứa bùn

lọc
Aluminat nhôm(NaAlO2 )
Làm nguội rồi lọc
Hydrat nhôm
Nung
Alumin(Al O )

NaOH đặc
Bốc hơi
dd NaOH loãng


 Thuyết minh quy trình
• Bauxit khai thác từ mỏ được nghiền nhỏ rồi đem trộn với dd
NaOH, sau đó được hòa tan ở nhiệt độ từ 220 – 2500C tạo
thành pha lõng rồi đem lọc được Aluminat nhôm.
• Bùn từ quá trình lọc có chứa hàm lượng Fe2O3, SiO2, TiO2,…
được rửa ngược từ 4 – 6 lần rồi đưa trở lại công đoạn lọc nhằm
thu hồi lượng Aluminat nhôm còn sót lại.
• Phần bùn từ quá trình rửa được gọi là bùn đỏ và được dẫn đến
hồ chứa bùn đỏ.

•  Lượng Aluminat nhôm thu được từ công đoạn lọc được làm
nguội rồi tiến hành đem lọc một lần nữa. Sản phẩm tạo ra từ
quá trình này là Hydrat nhôm .


• Lượng Hydrat nhôm này được tiếp tục đem nung ở nhiệt độ
khoảng 11000C. Sản phẩm cuối cùng được tạo ra từ công đoạn
nung là Alumin nguyên chất màu trắng.

• Quá trình làm nguội rồi lọc Aluminat nhôm thu được dd
NaOH ở dạng loãng, sau đó để cho bốc hơi tự nhiên dưới điều
kiện ánh sáng mặt trời tạo thành dd NaOH ở dạng đặc. Dung
dịch NaOH ở dạng đặc này được tận thu và tuần hoàn trở
thành dây chuyền sản xuất.


5. Một số ứng dụng của bùn đỏ
a .Trong lĩnh vực luyện kim
Bùn đỏ được dùng làm nguyên liệu để thu hồi các kim loại như
sắt,nhôm ,titan...
 Thu hồi sắt
 Phương pháp xỉ cacbon:trộn bùn đỏ với đá vôi và sôđa rồi
nung chảy,sắt bị khử về dạng có từ tính và được thu hồi bằng
phương pháp tuyển từ.
 Nung chảy trong lò điện:trong quá trình này có tới 98% sắt
chứa trong bùn đỏ được thu hồi.
 Nung chảy trong lò cao:trộn bùn với than đá trong lò cao để
khử sắt rồi sau đó thêm vôi vào khử hoàn toàn sắt về dạng kim
loại


 Thu hồi nhôm
Khi nung chảy bùn đỏ để thu hồi sắt,phần xỉ còn lại được rửa
bằng dung dịch Na2CO3 để thu hồi nhôm.
 Thu hồi titan
Titan được thu hồi từ phần bã còn lại sau khi rửa tách
nhôm,tuy nhiên nó không khả khi bởi vì chi phí để tách titan từ
bùn đỏ cao gấp 2 lần so với việc thu hồi titan từ các khoáng tự
nhiên khác như rutil hay inmenite.

b .Sản xuất vật liệu xây dựng
 Sản xuất xi măng Portland
Xi măng Portland chứa thành phần chủ yếu là các silicate và
aluminete của canxi,nhôm và silic.oxit của các kim loại này có
trong bùn đỏ ,vì thế bùn đỏ cũng được xem là nguyên liệu để
sản xuất xi măng.


• Tuy nhiên do bùn đỏ chứa lượng oxit sắt cao nên lượng bùn đỏ
được sử dụng hạn chế trong xi măng.
• Thêm vào chỉ 5-8% bùn đỏ đã được xử lý trước sẽ làm tăng
cường lực và giảm thời gian đóng rắn của xi măng,nếu lượng
bùn đỏ được sử dụng lớn hơn sẽ có tác dụng ngược lại.

Xi măng Portland


 Sản xuất gạch xây dựng
 Khi trộn bùn đỏ với đất sét tỉ lệ thích hợp (25-50%) để sản
xuất gạch xây dựng sẽ cải thiện một số tính chất so với gạch
sản xuất từ đất sét như:
-Tăng cường lực cho việc gia công trước khi nung
-Hạ nhiệt độ nung vì vậy sẽ tiết kiệm được năng lượng
 Ngoài ra, ta còn có thể điều chỉnh được màu sắc thích hợp
bằng cách thay đổi lượng bùn đỏ trong giới hạn (25-50%)


 Sản xuất chất độn nhẹ
• Một số khoáng sét hay phiến nham khi gia nhiệt bị phồng lên
tạo thành chất độn nhẹ.bùn đỏ cũng có tính trương nở nên

người ta cũng đã nghiên cứu sử dụng bùn đỏ vào lĩnh vực này
và đã đi đến kết quả là trộn bùn đỏ với đất sét theo tỷ lệ bùn
đỏ:sét là 50:50-90:10 ,tốt nhất là 75:25 rồi sau đó nung để taọ
thành chất độn nhẹ.
 Sản xuất lớp cách âm
• Trộn bùn đỏ với thủy tinh và một số loại chất rắn khác để sản
xuất tấm lớp ,tấm lớp này có tính chất chống cháy ,chống lại
sự thay đổi thời tiết tốt hơn tấm lớp bằng xenlulozo và nhựa.


 Dùng làm chất tạo màu
Bùn đỏ được dùng làm chất tạo màu cho bê tông,thủy tinh và
sơn.độ đậm đặc của màu sắc phụ thuộc vào hàm lượng oxit sắt
có trong bùn và lượng bùn cho vào.


c. Dùng làm vật liệu hấp phụ
• Hầu hết các chất ô nhiễm trong nước thải và nước ngầm gây
độc đối với con người ,động vật và cây trồng ,vì thế chúng cần
được loại bỏ .Trong các phương pháp xử lý nước .Hấp phụ
được xem là phương pháp hiệu quả và được ứng dụng rộng rãi
nhất.than hoạt tính là chất hấp phụ phổ biến nhất tuy nhiên
việc sản xuất và tái sinh thì rất đắt .
• Bùn đỏ được xem là chất hấp phụ rẻ tiền và được ứng dụng
trong việc loại bỏ các chất ô nhiễm như các anion,kim loại
nặng ,thuốc nhộm và các chất hữu cơ.
• Ngoài ra,bùn đỏ còn được ứng dụng trong xử lý khí thải .Nếu
trộn bùn với than chì thì hỗn hợp này có thể hấp phụ được
khí SO2 trong lò hơi công nghiệp

d .Sản xuất chất keo tụ
Ở nước Anh trước chiến tranh thế giới thứ 2 người ta đã xử lý
bùn đỏ với axit HCl hoặc H2SO4 đậm đặc để chuyển sắt và
nhôm oxit thành các clorua hoặc sunfat có tác dụng keo tụ sau
đó phơi khô và nghiền mịn để xử lý nước thải.
e .Dùng làm chất xúc tác
 Bùn đỏ đã được nghiên cứu ứng dụng làm chất xúc tác cho
một số phản ứng như hydro hóa,oxy hóa các
hydrocacbon,cracking,phân hủy amoniac với sự có mặt của
các hợp chất sunfua,chuyển đổi dầu thải thành nhiên liệu.
 Bùn đỏ thô cho hiệu suất cho hiệu suất phản ứng thấp nên việc
áp dụng một số phương pháp xử lý sẽ làm tăng hoạt tính xúc
tác của bùn đỏ


• Bùn đỏ tẩm một hoặc nhiều kim loại hoạt động sẽ làm tăng
hiệu quả của phản ứng .
• Xúc tác bùn đỏ tẩm 5%Ru được dùng cho phản ứng phân hủy
amoniac thành hydro.
• Cu tẩm trên bùn đỏ xúc tác cho phản ứng khử nitơ oxit...


KẾT LUẬN

 Như vậy cũng không phải là không có phương án xử lý bùn đỏ
nhưng do những tác hại nghiêm trọng của bùn đỏ mà cần phải
khai thác quặng một cách hợp lý để giảm thiểu những ảnh
hưởng của bùn đỏ tới con người và môi trường.