Luận văn Thạc sĩ: Nghiên cứu đánh giá khả năng giải phóng kim loại nặng từ xỉ thải pyrit lộ thiên

MỞ ĐẦU
Hiện nay, ô nhiễm môi trường đang là một vấn đề nóng bỏng mang tính
toàn cầu, ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe và đời sống của con người. Đặc biệt là
ô nhiễm các kim loại nặng. Trong tự nhiên có khoảng hơn 70 kim loại nặng, đó là các
kim loại có tỉ khối lớn hơn 5 gam/cm 3. Kim loại nặng có hầu hết trong các mỏ khoáng
sản với hàm lượng khác nhau, tuỳ thuộc vào từng loại khoáng sản và từng vùng địa
chất khác nhau. Trong các kim loại nặng thì chỉ có một số nguyên tố là cần thiết cho
các sinh vật ở một ngưỡng nào đấy, chúng là các nguyên tố vi lượng như: Cu, Zn, Mn,
Mo…..Đa số các kim loại nặng với đặc tính bền vững trong môi trường, khả năng gây
độc ở liều lượng thấp và tích luỹ lâu dài trong chuỗi thức ăn, được thế giới xem là một
chất thải nguy hại. Tuy nhiên khả năng gây độc của các kim loại nặng hoàn toàn phụ
thuộc vào trạng thái tồn tại của chúng.
Trong hoạt động khai thác khoáng sản và sản xuất công nghiệp, con người đã
làm biến đổi trạng thái tồn tại của các kim loại nặng, chuyển chúng thành các dạng ion
tự do đi vào môi trường nước hoặc các hạt bụi có kích thước nhỏ bé trong không khí đã
và đang làm suy giảm chất lượng môi trường.
Do năng lực có hạn, công nghệ sản xuất chưa hiện đại, quy trình còn thiếu
nghiêm ngặt, nên nhiều nhà máy sản xuất hóa chất hiện nay ở nước ta hiệu suất sản
xuất còn chưa cao, bặc biệt trong giai đoạn xử lý và đốt quặng, dẫn đến không tận thu.
Như vậy, thiệt hại về kinh tế là đáng kể. Nhưng lo ngại hơn, với lượng chất thải sau sản
xuất, theo thời gian nó sẽ ảnh hưởng xấu đến môi trường xung quanh, ảnh hưởng đến
sức khoẻ của con người và động thực vật. Với những lý do đó, chúng tôi lựa chọn đề
tài “Nghiên cứu đánh giá khả năng giải phóng kim loại nặng từ xỉ thải pyrit lộ
thiên”.

1


Chương 1. TỔNG QUAN
1.1. Pyrit và xỉ thải pyrit
1.1.1. Giới thiệu chung về Pyrit.

Pyrit hay pyrit sắt, là khoáng vật disunfua sắt với công thức hóa học FeS2. Ánh
kim và sắc vàng đồng từ nhạt tới thông thường của khoáng vật này đã tạo nên tên hiệu
riêng của nó là vàng của kẻ ngốc do nó trông tương tự như vàng. Pyrit là phổ biến nhất
trong các khoáng vật sulfua. Tên gọi pyrit bắt nguồn từ tiếng Hy Lạp πυρίτης (puritēs)
nghĩa là “của lửa” hay "trong lửa”, từ πύρ (pur) nghĩa là “lửa”. Tên gọi này có lẽ là do
các tia lửa được tạo ra khi pyrit va đập vào thép hay đá lửa. Tính chất này làm cho pyrit
trở thành phổ biến trong sử dụng để làm cơ chế đánh lửa bằng bánh xe trong các dạng
súng cổ.
Pyrit thông thường được tìm thấy ở dạng gắn liền với các sulfua hay ôxít khác
trong các mạch thạch anh, đá trầm tích, đá biến chất cũng như trong các tầng than, và
trong vai trò của khoáng vật thay thế trong các hóa thạch. Mặc dù có tên hiệu là vàng
của kẻ ngốc, nhưng một lượng nhỏ vàng đôi khi cũng được tìm thấy trong quặng chứa
khoáng vật này. Vàng và asen xuất hiện như là sự thay thế đi kèm nhau trong cấu trúc
pyrit. Tại khu trầm tích vàng ở Carlin, Nevada, pyrit asen chứa tới 0,37 % theo trọng
lượng là vàng[4]. Pyrit chứa vàng là loại quặng vàng có giá trị.
Pyrit bị lộ thiên ra ngoài không khí trong quá trình khai thác mỏ và khai quật sẽ
phản ứng với ôxy và nước để tạo thành sunfat, gây ra sự thoát nước mỏ axít. Quá trình
axít hóa này còn tạo ra từ phản ứng của vi khuẩn chi Acidithiobacillus, các dạng vi
khuẩn tìm kiếm nguồn năng lượng của chúng bằng cách ôxi hóa các ion sắt II (Fe 2+)
thành các ion sắt III (Fe3+) với việc sử dụng ôxy như là tác nhân ôxi hóa. Các ion sắt III
đến lượt mình lại tấn công pyrit để sinh ra ion sắt II và sunfat. Sắt hóa trị 2 lại được tạo
ra sắt hóa trị 3 và chu trình này tiếp diễn cho đến khi pyrit cạn kiệt.

2


Pyrit thông thường hay bị nhầm lẫn với khoáng vật marcasit, mà tên gọi của nó
có nguồn gốc từ tiếng Ả Rập để chỉ pyrit, do các đặc trưng tương tự của chúng.
Marcasit là dạng đa hình của pyrit, nghĩa là nó có cùng một công thức như pyrit nhưng
khác về cấu trúc và vì thế khác biệt về hình dáng tinh thể và tính đối xứng. Tuy nhiên,

trạng thái ôxi hóa hình thức là giống như trong pyrit do các nguyên tử lưu huỳnh xuất
hiện trong các cặp tương tự như persulfua[5]. Marcasit/pyrit có lẽ là cặp đa hình phổ
biến bậc nhất chỉ sau cặp kim cương/graphit (than chì). Bề ngoài của marcasit có ánh
bạc nhiều hơn một chút.
Marcasit là họ hàng ở trạng thái ổn định giả (giả bền) của pyrit và nó sẽ dần dần
chuyển sang dạng pyrit nếu bị đốt nóng hay thời gian đủ dài. Marcasit là tương đối
hiếm, nhưng có thể là phổ biến cục bộ trong một vài kiểu quặng trầm tích, chẳng hạn
như có trong quặng Pb-Zn kiểu thung lũng Mississippi. Marcasit dường như chỉ hình
thành từ dạng dung dịch lỏng.
Pyrit thông thường cũng được dùng trong nghề kim hoàn mỹ nghệ để làm các
chuỗi hạt hay vòng đeo tay. Mặc dù là tương tự về thành phần, nhưng marcasit lại
không thể sử dụng trong lĩnh vực này do nó có xu hướng bị vỡ vụn ra thành dạng bột.
Bổ sung cho sự lộn xộn và nhầm lẫn giữa marcasit và pyrit là việc sử dụng từ marcasit
như là tên gọi thương phẩm cho đồ kim hoàn mỹ nghệ từ pyrit. Thuật ngữ này được áp
dụng cho các viên đá nhỏ được đánh bóng và tạo mặt, được dát vào bạc thật (hay bạc
sterling, chứa 92,5% bạc và 7,5% kim loại khác). Tuy các viên đá này được gọi là
marcasit, nhưng trên thực tế chúng chính là pyrit.
1.1.2. Thành phần hóa học, cấu trúc và đặc tính vật lý của Pyrit sắt.

3


Hình 1.1. Hình ảnh quặng pyrit
Thành phần hóa học của pyrit là: Fe – 46,6%; S – 53,4%. Pyrit thường chứa các
tạp chất đồng hình As, Co, Ni, đôi khi Au, Ag, Cu tồn tại ở dạng phi bào thể. Cấu trúc
tinh thể kiểu NaCl trong đó vị trí của nguyên tử clo được thay thế bằng [S 2]2-, phân bố
dọc theo trục bậc 3, còn ion Fe2+ ở tâm của hình 8 mặt.
Hệ lập phương. Dạng đối xứng m3. Ô mạng cơ sở chứa Fe 4S8. Nhóm không
gian Pa3; a0 = 5,4176Ao. Tinh thể có dạng lập phương có dạng vết khía vuông góc trên
bề mặt của các mặt tinh thể. Đôi khi có dạng tinh thể 12 mặt ngũ giác, tinh thể 8 mặt.

Pyrit thường có dạng hạt, dạng khối đặc sít.
Khoáng vật này có mặt như là các tinh thể đẳng cực thường xuất hiện dưới dạng
các khối lập phương. Các mặt của lập phương có thể có sọc (các đường song song trên
mặt tinh thể hay mặt cát khai) do kết quả của sự xen kẽ các khối lập phương với các
mặt diện pyrit. Pyrit cũng hay xuất hiện dưới dạng các tinh thể bát diện và dạng diện
pyrit (hình thập nhị diện với các mặt ngũ giác). Nó có mặt gãy hơi không đều và
concoit, ánh kim, hệ số phản xạ 53%, độ cứng Mohs khoảng 6–6,5, tỷ trọng riêng
khoảng 4,95–5,10[1]. Nó giòn và có thể nhận dạng trên thực địa do có mùi đặc trưng để
phân biệt, được giải phóng ra khi mẫu vật bị tán nhỏ. Không hòa tan trong HCl, hòa tan
trong HNO3; ở dạng bột dễ bị hòa tan hơn.
1.1.3. Nguồn gốc
Pyrit là khoáng vật sunlfua phổ biến nhất. Pyrit được tạo thành trong các quá
trình địa chất khác nhau: magma, nhiệt dịch, trầm tích, biến chất. Trong đới oxy hóa,

4


pyrit không bền vững, biến đổi thành limonit. Trong trường hợp này, lưu huỳnh tham
gia vào sự tạo thành thạch cao và các sunfua. Thường hay gặp giả hình của limonit
theo pyrit. Những mũ sắt của những mỏ quặng thường được tạo thành do phá hủy
sulfua, chủ yếu là pyrit.
Ở Việt Nam, pyrit có ở nhiều nơi như mỏ pyrit ở Giáp Lai, Vĩnh Phúc, Ba
Trại...
1.1.4. Xỉ thải pyrit.
Pyrit là nguyên liệu quan trọng để điều chế axit sunfuric. Sau khi đốt pyrit để
thu SO2, phần rắn còn lại là xỉ pyrit được thải ra môi trường.
Phản ứng xảy ra trong quá trình đốt pyrit
t0
4FeS2 + 11O2 
→ 2Fe2O3 + 8SO2

Xỉ pyrit được dùng trong quá trình nghiên cứu của luận văn chúng tôi lấy tại bãi
thải của Công ty Supephotphat và hóa chất Lâm thao – Phú Thọ.
1.2. Tình trạng ô nhiễm kim loại nặng tại các vùng lân cận và các khu vực thải xỉ
1.2.1. Tại Việt Nam
Việt Nam hiện nay có tới 5000 mỏ và điểm khoáng sản đang khai thác bao gồm
60 loại khoáng sản khác nhau với khoảng 2.000 doanh nghiệp tham gia hoạt động khai
thác [7]. Mặc dù đóng góp của nền công nghiệp khai khoáng vào GDP của Việt Nam
chiếm khoảng 11% nhưng công nghiệp khai khoáng đang đứng trước nhiều thách thức:
khai thác sử dụng chưa có hiệu quả làm cho tài nguyên thiên nhiên cạn kiệt; đặc biệt
tác động xấu tới cảnh quan và môi trường, gây ô nhiễm nguồn nước, không khí, đất
đai, ảnh hưởng đến đa dạng sinh học và nhiều nghành kinh tế khác.
Từ đầu năm 2007, các nhà khoa học thuộc Viện Công nghệ Môi Trường – Viện
Khoa học và Công nghệ Việt Nam, Viện Sinh thái và Tài nguyên Sinh vật, Đại học
Quốc gia Hà Nội đã lấy hàng trăm mẫu đất và cây tại các vùng mỏ để phân tích thành
phần, hàm lượng kim loại nặng. Qua phân tích cho thấy, tất cả các mỏ đều là điểm

5


nóng về ô nhiễm, điển hình là mỏ thiếc xã Hà Thượng và mỏ than núi Hồng bị ô nhiễm
asen nghiêm trọng, với hàm lượng asen trong đất gấp 17 – 308 lần tiêu chuẩn cho phép
của Việt Nam, thậm chí có nơi hàm lượng asen trong đất lên đến 15.166 ppm, gấp
1.262 lần theo quy định. Mỏ kẽm, chì làng Hích cũng có hàm lượng chì gấp 186 lần
tiêu chuẩn và kẽm 49 lần.
Việc khai thác mỏ thiếc, đuôi quặng thường chứa arsenopyrit (1 – 2%),
chalcopyrit (1%) và pyrit (10 – 15%) [3]. Các khoáng vật sunfua này bị oxi hoá tạo ra
dòng thải axit mỏ và dung dịch giàu kim loại. Sự lan toả của As và sự oxi hoá các kim
loại độc hại như Cu, Cd từ các dòng rỉ từ dòng thải axit mỏ qua các đống thải cũng
không được chú ý. Có nơi nước thải từ mỏ và xưởng tuyển được thải trực tiếp ra cánh

đồng lúa với hàm lượng asen gấp 30 lần nước bình thường. Ở mỏ thiếc Quỳ Hợp, dòng
thải của nhà máy được thải trực tiếp ra con suối gần đó. Hàm lượng As trong chất thải
rắn rất cao (355 mg/kg) so với hàm lượng được coi là không ô nhiễm trên thế giới là 5
– 20 mg/kg.
Ngoài việc làm ô nhiễm nguồn nước, các loại bùn thải từ khu vực khai thác đổ
ra các khu vực xung quanh, theo thời gian chúng làm ô nhiễm đất tại các khu vực này,
diện tích đất nông nghiệp không những bị thu hẹp mà còn bị hoang hoá, ô nhiễm không
sử dụng canh tác được. Mặt khác, do sử dụng nguồn nước tương đối lớn nên ngoài việc
làm ô nhiễm, giảm chất lượng nguồn nước, việc khai thác khoáng sản đã làm cho hệ
thống tưới tiêu thay đổi, nguồn nước cạn kiệt, do đó, diện tích đất nông nghiệp bị ảnh
hưởng rất nhiều.

6


Bảng 1.1. Mức độ ô nhiễm đất nông nghiệp do khai thác mỏ
TT
1

Tên mỏ, khu khai thác
Mỏ than núi Hồng

Diện tích

Mức độ ô nhiễm

(ha)
274

Chiếm dụng đất làm khai trường,

bãi thải và thải nước thải làm ô

2

Mỏ than Khánh hoà

nhiễm đất nông nghiệp
Chiếm dụng đất làm khai trường,

100

bãi thải và thải nước thải làm ô
3
4

Các mỏ vùng Bắc Thái
Các mỏ ở huyện Quỳ Hợp

114,5

nhiễm đất nông nghiệp
Chiếm dụng đất làm khai trường,

145

bãi thải. Đổ thải làm ô nhiễm đất
Đất nông nghiệp bị ô nhiễm do lắng
bùn cát

29

5

Các mỏ ở huyện Quỳ Châu

Thiếu nước, suy giảm năng suất

198,8

Đất nông nghiệp bị đào bới, bỏ

hoang và thiếu nước
Nguồn: Nguyễn Đức Quý, Tạp chí hoạt động Khoa học, số 4, 1996
Điển hình về việc bồi lấp sông, suối, ao hồ do khai thác quặng mà trong thời
gian gần đây gây bức xúc trong dư luận là việc khai thác mỏ quặng ở các dãy núi xung
quanh lưu vực nước chảy về bồi lấp nhanh chóng Hồ Ba Bể. Những công trường khai
thác bằng nhiều máy móc với công suất lớn đã đưa khối lượng đất lớn dồn xuống chân
núi và rìu khe Khuồi Giang. Khi có mưa đất bùn sét, hoá chất rửa quặng, dầu mỡ của
máy móc thải ra theo các suối chảy vào Hồ Ba Bể làm cho Hồ bồi lấp với tốc độ khủng

7


khiếp. Ngoài ra, diện tích đất nông nghiệp cũng bị một lượng mùn đọng lại làm cho
cây trồng không phát triển được.
Tại mỏ Cromit Cổ Định [3], nguồn nước trong khu vực trước khi khai thác có 4
suối nhỏ, chảy từ núi Na Sơn đổ vào sông Lê, với tổng lưu lượng xấp xỉ 100 l/s; hệ
thống các ao hồ nhỏ nằm rải rác với tổng diện tích mặt nước khoảng 80 ha. Sau 40 năm
khai thác, 4 suối đã biến mất, bên cạnh đó lại xuất hiện một số hồ lớn như Cổ Định,
Hoà Yên, hồ bãi thải quặng đuôi, vì vậy tổng diện tích mặt nước đã tăng 200 ha. Khai
thác quặng Cromit Cổ Định đã làm tăng lượng nước mặt. Nước mặt vùng mỏ có tính

axit, khoáng chất, cặn lắng, chất thải cứng và các chất hữu cơ, dầu mỡ…làm ô nhiễm
nguồn nước, huỷ hoại thảm thực vật và cây trồng.
1.2.2. Trên thế giới
Môi trường tại các khu vực khai thác quặng trên thế giới hiện nay bị ô nhiễm
trầm trọng. Trong 10 thành phố ô nhiễm nhất thế giới thì có 5 thành phố ô nhiễm do
hoạt động khai thác và xử lý quặng.
Từ những thập niên đầu thế kỷ 20 những ảnh hưởng của khai thác mỏ đến đời
sống con người đã được phát hiện do gây ra các chứng bệnh. Vào năm 1946, ở vùng
Funchen thuộc quận Toyoma (Nhật Bản), xuất hiện một hội chứng với đặc điểm là biến
dạng xương, dễ gãy xương, đau cơ, rối loạn thận, nhất là ở phụ nữ lớn tuổi sinh đẻ, làm
hàng trăm người chết đã thu hút chú ý của giới y học trong vùng. Các nhà nghiên cứu
đã phát hiện các bệnh nhân hấp thụ mỗi ngày 600 mg Cd do ăn gạo nhiễm nước sông
Jinsu bị ô nhiễm bởi quặng và xỉ từ một nhà máy chế biến cadmi. Tại thành phố
Sukinda ở Ấn Độ là thành phố có những mỏ quặng crom lộ thiên lớn nhất thế giới. Có
tới 60% nước sinh hoạt ở đây chứa crom hoá trị 6. Theo ước tính của một tổ chức y tế
ở Ấn Độ khoảng 84,75% số trường hợp tử vong tại các khu vực khai thác quặng do các
bệnh liên quan tới crom hoá trị 6.
Năm 2008, Manfred Felician Bitala đã nghiên cứu ô nhiễm kim loại nặng được
tích luỹ trong đất và cây trồng từ mỏ vàng ở Geita, Tanzanian [1] cho thấy tất cả các

8


mẫu nghiên cứu đều vượt tiêu chuẩn cho phép. Cụ thể, trong các mẫu đất nồng độ của
Hg vượt quá tiêu chuẩn là 6.606 lần, trong khi As vượt quá tiêu chuẩn 36 lần, các kim
loại khác đều vượt quá trong khoảng từ 42 – 232 lần. Trong các mẫu cây trồng, nồng
độ của Hg vượt quá tiêu chuẩn cho phép 9.607 lần, Cd vượt quá tiêu chuẩn cho phép là
3 lần. Các kim loại khác có nồng độ vượt quá tiêu chuẩn cho phép trong khoảng từ 40
– 5682 lần
Bảng 1.2. Nồng độ trung bình của các kim loại nặng trong đất và cây trồng ở

Nyakabale
Kim
loại
Cr

Trong đất (mg/kg)

Tiêu chuẩn trong Trong cây trồng

Tiêu chuẩn trong

3.620

đất (mg/kg)
60

(mg/kg)
1136,314

cây trồng
0,2

As

90

2,5

72,75

0,15

Cu

2.726

15

2097,571

5

Zn

2.519

60

1185,814

30

Hg

303

0,05

90,667

0,01

Pb

3.064

20

927,043

1

Cd

58
0,25
2,8
0,1
Với mức độ ô nhiễm cao như vậy, mức độ ảnh hưởng đến con người và động

vật sẽ tăng khủng khiếp theo thời gian nếu ngay lập tức không đưa ra các biện pháp để
cải thiện tình trạng trên cho các thế hệ hiện tại và tương lai của vùng này.
Mỏ Au-Ag-Pb-Zn Daduk là một trong những mỏ lớn nhất nằm ở miền trung
Hàn Quốc [12]. Vào những năm 2000 – 2001 các nhà khoa học thuộc trường Đại học
Quốc gia Hàn Quốc đã nghiên cứu sự tích luỹ kim loại ở các vùng lân cận xung quanh
khu vực mỏ cho thấy sự ô nhiễm cao. Phân tích các mẫu đất mặt tại khu vực bãi thải
thu được giá trị trung bình của các kim loại Cd, Cu, Pb, Zn tương ứng là 8,57; 481;
4,445; 753 mg/kg cao gấp nhiều lần so với tiêu chuẩn cho phép. Ngoài ra, các mẫu đất
tại cánh đồng lúa và rừng cũng được nghiên cứu đều thu được kết quả đất mặt tại khu
vực này có mức độ ô nhiễm ít hơn so với khu vực bãi thải nhưng nồng độ của các kim

9


loại trên đều vượt qua tiêu chuẩn cho phép từ 3 đến 7 lần. Không chỉ có đất mặt có
nồng độ kim loại cao mà khả năng tích luỹ kim loại cũng rất lớn trong cây trồng. Trong
đậu tương nồng độ trung bình tương ứng của Cd, Cu, Pb, Zn là 1,98; 40,7; 5,0; 271,3
mg/kg, trong tiêu đỏ tương ứng là 0.61; 8,7; 1,9; 35.1 mg/kg, trong hạt gạo tương ứng
là 0,15; 3,1; 0,32; 16,1 mg/kg.
Trong một nghiên cứu về ô nhiễm kim loại nặng ở vùng mỏ Dexing [1, 11], các
nhà khoa học đã lấy mẫu nước, đất mặt, bùn, hạt cây trồng dọc sông Le’an chảy qua
gần khu vực mỏ. Trong mẫu nước, tất cả sáu nguyên tố Cu, Pb, Zn, Cd, As, Hg ô
nhiễm ở mức độ 3 so với tiêu chuẩn quốc tế. Trong mẫu bùn, mức độ ô nhiễm của Cu
rất nguy hiểm, đặc biệt ở khu vực mỏ (2126 mg/kg); ô nhiễm gây ra bởi Pb, Zn, Cd ở
mức vừa phải, còn mức độ ô nhiễm của asen từ vừa phải đến mạnh (7,9 – 79,4 mg/kg).
Như vậy với tình trạng ô nhiễm cao tại các khu vực khai thác mỏ thì quá trình
giải phóng kim loại ra khỏi quặng được xảy ra theo cơ chế như thế nào.
1.3. Quá trình phong hoá Pyrit
1.3.1. Quá trình phong hoá [1, 4, 11]
Dưới sự tác động của nước, các chất khí như O 2, CO2... và nguồn năng lượng
bức xạ mặt trời, các khoáng vật và đá lộ ra ở phía ngoài cùng của vỏ Trái Ðất bị phá
huỷ. Quá trình phá huỷ khoáng vật và đá được gọi là quá trình phong hoá. Có 3 loại
phong hoá đá và khoáng vật là phong hoá vật lý, phong hoá hoá học và phong hoá sinh
học. Sự phân chia các loại phong hoá chỉ là tương đối vì trong thực tế các yếu tố ngoại
cảnh đồng thời tác động lên đá và khoáng vật, do vậy 3 loại phong hoá đồng thời cùng
diễn ra. Các quá trình phong hoá liên quan mật thiết và hỗ trợ cho nhau, tuỳ điều kiện
cụ thể mà một trong 3 quá trình xảy ra mạnh hơn.
1.3.1.1. Phong hoá vật lý
Phong hoá vật lý là sự vỡ vụn của các loại đá thành các hạt cơ giới có kích
thước khác nhau nhưng chưa có sự thay đổi về thành phần khoáng vật, thành phần hoá

học của các đá ban đầu. Phong hoá vật lý bao gồm những dạng sau

10


* Phong hoá nhiệt: Nguyên nhân gây nên việc phá vỡ khoáng vật và đá là do sự
thay đổi của nhiệt độ, áp suất và sự tác động của các hoạt động địa chất ngoại lực như
nước chảy, gió thổi xảy ra trên bề mặt vỏ Trái Ðất. Sự thay đổi nhiệt độ làm cho các
khoáng vật có trong đá bị giãn nở không đều dẫn đến kết quả đá bị vỡ ra. Các khoáng
vật khác nhau có hệ số giãn nở rất khác nhau. Một loại đá được cấu tạo bởi nhiều
khoáng vật khác nhau, do đó nhiệt độ thay đổi các khoáng vật co giãn không giống
nhau làm đá bị vỡ vụn. Như vậy thành phần khoáng vật của đá càng nhiều thì đá càng
dễ bị vỡ vụn. Những đá cấu tạo bởi một loại khoáng vật (đá đơn khoáng) cũng bị vỡ do
hệ số nở dài theo các phương khác nhau. Sự chênh lệch nhiệt độ giữa ngày và đêm,
giữa các mùa trong năm càng lớn thì phong hoá vật lý diễn ra càng mạnh. Ví dụ, vùng
sa mạc thường có sự chênh lệch nhiệt độ giữa ngày và đêm lớn nên vào ban đêm có thể
nghe được tiếng nổ vỡ của đá trong vùng. Trong đá thường có các lỗ hổng và các vết
nứt nguyên sinh chứa đầy khí hay nước. Khi nhiệt độ xuống thấp dưới O oC, nước ở thể
lỏng chuyển thành thể rắn (nước đóng băng) làm tăng thể tích tạo áp suất lớn có khi tới
hàng ngàn atmotphe lên thành khe nứt làm cho đá bị vỡ ra.
* Phong hoá cơ học: Do muối khoáng kết tinh xuất hiện cùng với quá trình vận
chuyển nước lên mặt đất. Nước trên bề mặt bốc hơi gây ra sự vận chuyển nước mao
quản lên mặt đất. Trong quá trình này, nước mao dẫn hoà tan các muối khoáng và đưa
lên trên bề mặt. Tại đây, nước có chứa muối khoáng lại tiếp tục bốc hơi đồng thời muối
khoáng bị kết tinh. Trong quá trình kết tinh, thành mao dẫn phải chịu một áp lực lớn
khiến cho bề mặt nham thạch bị rạn nứt gây ra giãn nở phá vỡ nham thạch.
* Phong hoá cơ học do sinh vật: Trong quá trình sống, các sinh vật đặc biệt là hệ
thống rễ thực vật có khả năng xuyên vào các khe, kẽ nứt của đá. Các rễ cây phát triển
dần làm kẽ nứt ngày càng rộng, gây nứt vỡ đất đá.
Các mảnh vụn sinh ra có thể di chuyển đi nơi khác theo dòng nước chảy hoặc

gió thổi sẽ phá huỷ các đá trên đường di chuyển của chúng. Phong hoá vật lý có tính
chất tiên phong, tạo điều kiện thuận lợi cho phong hoá hoá học và sinh học.

11


1.3.1.2. Phong hoá hoá học
Trong quá trình phong hoá tự nhiên, nhờ tác dụng phá vỡ, chia nhỏ đất đá và
nham thạch của các tác nhân vật lý ở quá trình phong hoá vật lý xảy ra trước đó đã làm
cho diện tích tiếp xúc của đá với môi trường tăng lên đáng kể. Vì vậy các quá trình
phong hoá hoá học xảy ra sau đó gặp thuận lợi hơn rất nhiều. Khác với quá trình phong
hoá vật lý, quá trình phong hoá do tác dụng của các tác nhân hoá học không chỉ làm
cho đá vỡ vụn mà còn có thể làm cho thành phần hoá học của khoáng vật và đá thay
đổi. Các yếu tố như H2O, O2, CO2... tác động lên các khoáng vật và đá làm cho chúng
bị phá huỷ, thay đổi về hình dạng, kích thước, thành phần và tính chất hoá học. Có thể
nói, phong hoá hoá học chính là các phản ứng hoá học diễn ra do sự tác động của H 2O,
O2, CO2 lên đá và khoáng vật.
Phong hoá hoá học được chia thành 4 quá trình chính là: Oxi hoá, hyđrat hoá,
hoà tan và sét hoá.
* Quá trình hoà tan: Xảy ra do một số đặc tính, nước có thể hoà tan nhiều loại
khoáng chất, đất đá và nham thạch. Theo một số nghiên cứu, quá trình hoà tan phụ
thuộc nhiều vào thành phần của nham thạch và các khoáng vật. Đối với các khoáng vật
có chứa các muối dễ bị hoà tan như muối clorua, muối sulfat của các cation kim loại
kiềm thì khả năng hoà tan của khoáng vật trong nước là rất lớn. Nhưng đối với một số
loại nham thạch khác như đá vôi và quặng đôlômit thì tốc độ hoà tan của chúng trong
nước nhỏ hơn. Nếu trong nước có chứa nhiều CO 2 thì tốc độ hoà tan của các muối
trong khoáng sẽ nhanh hơn rất nhiều. Đặc biệt là các khoáng cacbonat và muối mỏ.
Ví dụ: CaCO3 (đá vôi) bị hoà tan như sau:
CaCO3 + H2O + CO2 → Ca(HCO3)2
Các khoáng vật và đá bị hoà tan tạo thành các dung dịch thật.

* Quá trình hyđrat hoá: Là quá trình nước tham gia vào mạng lưới tinh thể của
khoáng vật, thực chất đây là quá trình nước kết hợp với khoáng vật làm thay đổi thành
phần hoá học của khoáng vật (biến các khoáng vật thành dạng hydrat). Các hydrat

12


được hình thành sau quá trình hydrat hoá thường có độ cứng thấp hơn và thể tích lớn
hơn so với quặng, khoáng ở trạng thái bình thường. Vì thế chúng rất dễ bị phá vỡ thành
các mảnh vụn nhỏ hơn.
Ví dụ:
CaSO4 → CaSO4.2H2O
Anhyđri

Thạch cao

Fe2O3 → Fe2O3.nH2O
Hematit

Limonit

* Quá trình oxi hoá: Quá trình này phụ thuộc chặt chẽ vào sự xâm nhập của O 2
tự do trong không khí và O 2 hoà tan trong nước. Quá trình oxi hoá làm cho khoáng vật
và đá bị biến đổi, bị thay đổi về thành phần hoá học. Do trong khoáng vật, đá và quặng
thường có chứa các ion mức oxi hoá như Fe(II), Mn(II), Cu(I)... nên khi gặp môi
trường oxi hoá chúng dễ dàng chuyển thành các dạng có mức oxi hoá cao hơn. Trong
quá trình đó có thể gây ra những biến đổi về thành phần của quặng, khoáng, đất, đá,
dần dần hình thành nên một số các dạng mới bền vững hơn trong môi trường phản ứng.
Các khoáng vật có chứa Fe(II) khi tiếp xúc với oxi không khí thường bị oxi hoá chuyển
thành Fe(III) gây ra những thay đổi về thành phần của quặng. Trong môi trường oxi

hoá, ví dụ như quặng Fe2SiO4 có thể bị oxi hoá thành Fe2O3 và khoáng vật FeS2 có rất
nhiều trong các loại đá như magma, đá biến chất, trầm tích và than đá khi bị phong hoá
cũng tạo ra sản phẩm cuối cùng là sắt (III) oxit.
Nghiên cứu của M.A. Armienta về sự phong hoá của các đá chứa asen như
asenopyrit, scorodit và pyrit chỉ ra rằng quá trình oxy hoá phong hoá hoà tan asenopyrit
và pyrit xảy ra theo phản ứng sau
2FeAsS + 13O2 + 3H2O → 2Fe2+ + 2SO42- + 2H3AsO4 logK = 198,17
2FeS2 + 7O2 + 2H2O → 2Fe2+ + 4SO42- + 4H+

logK = 208,46

* Quá trình sét hoá: Các khoáng vật silicat, nhôm silicat do tác động của H 2O,
CO2 sẽ bị biến đổi tạo thành các khoáng sét (keo sét). Các chất kiềm và kiềm thổ trong

13


khoáng vật bị H+ chiếm chỗ trong mạng lưới tinh thể được tách ra dưới dạng hoà tan.
Như vậy thực chất của quá trình sét hoá là các quá trình hoà tan, hyđrat hoá chuyển các
khoáng vật silicat, nhôm silicat thành các khoáng vật thứ sinh, các muối và oxít.

Ví dụ:
K2Al2Si6O16 + H2O + CO2 → H2Al2Si2O8.2H2O + K2CO3 + SiO2.nH2O
Fenspatkal(orthoclaz)

Kaolini

Opan

1.3.1.3. Phong hoá sinh học

Hoạt động của sinh vật bậc thấp, bậc cao cũng tham gia phá huỷ các khoáng vật
và đá. Rễ cây xuyên vào các khe nứt hút nước và các chất khoáng, theo thời gian, rễ to
dần phá vỡ đá. Mặt khác rễ cây tiết H 2O và CO2 tạo H2CO3 để hoà tan đá và khoáng
vật. Khi chết xác sinh vật bị phân huỷ sinh ra các axit hữu cơ góp phần hoà tan các
khoáng vật và đá. Do vậy, bản chất của phong hoá sinh học là phong hoá vật lý và hoá
học do sự tác động của sinh vật lên khoáng vật và đá. Cũng trong quá trình này mẫu
chất được tích luỹ chất hữu cơ do xác sinh vật để lại sau khi chết, làm cho mẫu chất
xuất hiện những thuộc tính mới được gọi chung là độ phì và mẫu chất biến đổi thành
đất. Nhà khoa học nổi tiếng người Nga Vecnatxki cho rằng: "Hoạt động hoá học của vỏ
Trái Ðất, gần 99% có liên quan tới quá trình sinh hoá học".
1.3.2. Khái quát quá trình biểu sinh các mỏ sulfua [9]
Vai trò chính của qúa trình phong hoá quặng thuộc về O 2 tự do và các phản ứng
oxi hoá. Các mỏ sulfua phần lớn là sản phẩm của qúa trình nhiệt dịch. Các mỏ sulfua
được thành tạo trong điều kiện dưới sâu, nhiệt độ trong khoảng 600 – 500 0C đến 50 –
1000C, khi được nâng lên, bị bóc mòn, lộ ra trên mặt đất hoặc ở gần mặt đất, trong điều
kiện T – P thấp, có mặt oxi tự do và CO 2, các khoáng vật sulfua trở nên không bền
vững, bị biến đổi hoá học để chuyển thành các hợp chất vững bền hơn: Oxi, cacbonat,
sunfat... So với các khoáng vật tạo đá thì các khoáng vật sulfua trong đới biểu sinh bị

14


biến đổi mạnh mẽ hơn, hoàn toàn hơn, các nguyên tố tạo quặng được giải phóng nhiều
hơn. Các sulfua rất dễ bị biến đổi vì S-2 trong các hợp chất này dễ dàng bị oxi hoá thành
S+6 ở dạng SO42- theo phản ứng oxi hoá
S2- + 4H2O → SO42- + 8H+ + 8e (E0 = 0,16V)
Tác nhân chủ yếu gây ra biến đổi biểu sinh các sulfua là O 2, CO2, H2O. Khí
quyển có thành phần trung bình gồm: 75,5%N2, 23% O2, 0,04% CO2, nhưng thành
phần khí hoà tan trong nước mưa thì khác: 60% N 2, 30% O2, 10% CO2. Trên đường đi
từ mặt đất qua lớp thổ nhưỡng xuống sâu hơn, nước mưa ngày càng giàu CO 2 do hoà

tan lượng CO2 sinh ra từ các chất hữu cơ bị phân huỷ. Vì vậy, vai trò của CO 2 không
kém phần quan trọng so với O2 và H2O là tác nhân phong hoá không thể thiếu được.
Quá trình biểu sinh các mỏ sulfua thực chất là quá trình oxi hoá.
1.3.3. Oxi hoá khoáng vật pyrit [9]
Pyrit bị oxi hoá như sau
2FeS2 + 7O2 + 2H2O → 2Fe2+ + 4SO42- + 4H+
4Fe2+ + O2 + 4H+ → 4Fe3+ + 2H2O
Fe3+ + 3H2O → Fe(OH)3 + 3H+
Phương trình phản ứng tổng hợp
4FeS2 + 15O2 + 14H2O → 4Fe(OH)3 + 8SO42- + 16H+
Khi pyrit tiếp xúc với dung dịch giàu sulfat thì nó có thể chuyển đổi thành
jarozit có công thức chung là M +Fe33+(SO4)2(OH)6, trong đó M+ là K+, Na+, NH4+, Ag+
(Pb2+), sau khi FeS2 → Fe(OH)3
K+ + 3Fe(OH)3 + 2SO42- + 3H+ → KFe3(SO4)2(OH)6 + 3H2O
Axit H2SO4 và Fe3+ được giải phóng ra trong quá trình oxi hoá sulfua sắt có thể
tác dụng lên các khoáng vật sulfua khác và đẩy nhanh quá trình phân huỷ chúng theo
phản ứng
MS + H2SO4 → H2S + MSO4
2MS + 2Fe2(SO4)3 + 2H2O + 3O2 → 2MSO4 + 4FeSO4 + 2H2SO4

15


(M là các kim loại hoá trị hai: Cu, Pb, Zn...)
Vì vậy, khi pyrit bị oxi hoá, giải phóng H+ làm tăng độ axit của môi trường
1.4. Ảnh hưởng của kim loại nặng đến môi trường và cơ thể sống
Kim loại là nguồn tài nguyên có giá trị. Tuy nhiên, nếu không có biện pháp
kiểm soát thích hợp trong khai thác và tinh chế mỏ được thực hiện thì thiệt hại môi
trường nghiêm trọng có thể xảy ra [1]. Các kim loại nặng có tính năng phổ biến trong
môi trường là chúng có xu hướng tích luỹ trong cơ thể sinh vật mà ăn phải chúng. Khai

thác và chế biến mỏ có thể tăng tỉ lệ kim loại thoát ra khỏi khoáng đá cùng với đó là
thải kim loại vào môi trường [1, 11]. Kim loại nặng, thậm chí một lượng nhỏ dạng vết
có thể gây độc đối với con người và động vật hoang dã [13].
Năm 1955, nguồn thải công nghiệp chính của thuỷ ngân gần Mina Mata, Nhật
dẫn đến cá sống trong nước ô nhiễm có nồng độ thuỷ ngân lên đến 50 ppm. Kết quả là
nhiều người chết và nhiều người khác bị ảnh hưởng nhiễm độc thuỷ ngân lâu dài được
biết như căn bệnh Mita Mata [1].
Hệ thống thoát nước mỏ và nước thải công nghiệp mỏ là nguồn ô nhiễm kim
loại nghiêm trọng trong đất và nước [13]. Nước ô nhiễm đồng và chì làm cho nước có
màu xanh. Nhiễm độc chì gây nôn mửa, buồn nôn, tiêu chảy và chán ăn sau thời gian
tiếp xúc ngắn và dài. Giai đoạn nghiêm trọng nó gây ra bệnh gan và thận [1].
Cây trồng có thể hấp thụ các nguyên tố độc hại thông qua rễ của chúng từ đất ô
nhiễm và lá cây có thể hấp thụ các nguyên tố kim loại độc hại trên bề mặt lá từ bụi kim
loại [11]. Tiêu thụ thức ăn bị ô nhiễm bởi Pb, Hg, Cd, As và các kim loại khác có thể
gây ra sự suy giảm nghiêm trọng của cơ thể về sự tích luỹ sắt, vitamin C và các chất
dinh dưỡng thiết yếu khác, dẫn đến sự suy giảm miễn dịch, chậm phát triển trong tử
cung, suy giảm khả năng tâm lý xã hội và các bệnh tật có liên quan đến suy dinh dưỡng
[1]. Ăn thực phẩm nhiễm Asen chủ yếu dẫn đến ung thư bàng quang, phổi và da ở
người [12]. Mặt khác, một nghỉên cứu bởi Tu’’rkdogan và cộng sự [1] khám phá rằng

16


nồng độ cao của kim loại (Co, Cd, Pb, Mn, Ni, và Cu) trong hoa quả và rau trong vùng
Van thuộc phía đông Thổ Nhĩ Kỹ có liên quan đến tỉ lệ cao của bệnh ung thư đường
ruột. Lacatusu và cộng sự [18] cho biết đất và rau bị ô nhiễm bởi Pb và Cd ở Copsa
Mica và Baira Mare, Romani góp phần quan trọng làm giảm tuổi thọ con người trong
khu vực bị ảnh hưởng, giảm tuổi thọ trung bình 9 – 10 năm. Tiếp xúc crom có thể dẫn
đến mất sắc tố da, ung thư da, bàng quang và phổi.
Theo Plunket [1] crom là kim loại độc hại vào cơ thể con người bằng đường hô

hấp và da. Nó là chất kích thích, dễ ăn mòn, nhạy cảm và ung thư. Lượng kẽm quá mức
có thể dẫn đến nôn mửa, tiêu chảy, đau bụng, sốt, buồn nôn, tim, gan và phổi tổn
thương. Nói chung, hầu hết các kim loại nặng hoạt động như một chất gây ung thư,
một khi tiêu thụ vào cơ thể mà không được thải ra ngoài trong quá trình trao đổi chất,
chúng tích luỹ sau nhiều năm gây nên sự ảnh hưởng [11].
Theo thông báo bởi Global Mining Campaign [15] kết quả nghiên cứu từ các
khu vực trên thế giới cho thấy rằng ô nhiễm từ axit, kim loại nặng và cyanide là
nguyên nhân gây nên cái chết của các loài chim, cá, động vật hoang dã. Năm 1979,
trường hợp như vậy xảy ra ở mỏ Zortman-Landusky ở Montana, Mỹ. Tháng 1/2000 có
một trận lụt tại khu vực phế thải mỏ với thể tích 10 5 m3 từ mỏ vàng Aurul ở Baia Marie,
Romania gây ô nhiễm các sông Lapus, Tisza, Danube ở Romania, Hungary và Nam
Tư.
1.5. Giới thiệu một số kim loại nặng có trong pyrit và ảnh hưởng của chúng lên cơ
thể sống và con người
1.5.1. Asen [2, 4, 8]
Asen là nguyên tố tồn tại ở cả dạng kim loại và không kim loại. Dạng không
kim loại của asen được tạo nên khi làm ngưng tụ hơi của chúng là những chất rắn màu
vàng gọi là asen vàng, có mạng lưới phân tử giống photpho trắng. Dạng kim loại của
asen có màu trắng bạc, có kiến trúc lớp giống photpho đen, dẫn điện và dẫn nhiệt
nhưng giòn dễ nghiền thành bột.

17


Trong tự nhiên, asen là nguyên tố tương đối phổ biến. Trong vỏ trái đất, nồng
độ asen trung bình khoảng từ 2-10 mg/kg nằm trong thành phần nhiều loại khoáng
quặng như photphat, asenopyrit (FeAsS), oxit asen(III) (As 2O3, asen trắng), opimen
sulfua vàng hay thư hoàng vàng (As 2S3) và thư hoàng đỏ (As 4S4), lục paris
(axetoasenit), asenat canxi, asenat hidro chì. Ngoài ra còn tồn tại asen trong sinh quyển
ở dạng asenmetyl do chuyển hoá sinh học trong môi trường. Trong môi trường nước,

asen thường tồn tại ở dạng asenat (AsO43-) hoặc asenit (AsO33-).
Các hoạt động thải asen ra môi trường nhiều là khai thác và chế biến quặng đa
kim, than và dầu mỏ; sản xuất năng lượng; sản xuất amiang; sản xuất thuốc trừ sâu;
bảo quản và chế biến gỗ.
Khi bị nhiễm độc asen sẽ làm đông tụ protein, tác dụng với nhóm chức hoạt
động –SH của enzym làm cho enzym bị thụ động hoá, mất hẳn khả năng hoạt động
sinh hoá của enzym, phá huỷ quá trình photphat hoá tạo ATP (Adenozin triphotphat) là
chất sản sinh ra năng lượng cho cơ thể.
Asen ở dạng vô cơ có khả năng gây ung thư biểu bì mô da, các bệnh ngoài ra
(biến đổi sắc tố, sạm da, sừng hoá, ung thư da…). Asen còn đầu độc hệ tuần hoàn khi
uống phải nguồn nước có hàm lượng 0,1 mg/l.
Ngộ độc do asen chủ yếu là ngộ độc cấp tính: Với liều lượng 0,05 g As 2O3 thì sẽ
bị ngộ độc, với 0,15 g/người có thể bị chết. Ngộc độc cấp tính là do ăn, uống phải các
hợp chất của asen và thực phẩm bị nhiễm asen. Khi bị ngộ độc cấp tính thì sẽ bị đau
bụng, nôn mửa, khát nước dữ dội, mạch đập yếu, mặt nhợt nhạt, thâm tím và chết sau
24 giờ.
Tuy nhiên, trong cơ thể người thì ngộ độc asen thường diễn ra do tích luỹ asen
trong cơ thể, kết quả của một số bệnh nghề nghiệp tiếp xúc với asen, hoặc do thực
phẩm có nhiễm asen. Chính vì vậy mà mỗi loại thực phẩm đều có quy định một lượng
tối đa asen cho phép (ví dụ hoa quả tối đa là 1,4 ppm). Liều lượng tối đa có thể chấp
nhận được hàng ngày vào cơ thể con người là 0,05 mg/kg thể trọng. Khi tích luỹ asen

18


trong một thời gian dài thì sẽ xảy ra ngộ độc mãn tính với các triệu chứng như mặt
xám, tóc rụng, viêm dạ dày và ruột, đau mắt, tai…cơ thể mệt mỏi yếu dần và chết sau
một thời gian ngắn.
Nồng độ tối đa trong nước uống của WHO là 0,01 mg/l, tiêu chuẩn cho phép
của asen trong nước sinh hoạt của nước ta là 0,05 mg/l.

1.5.2. Cadmi [2, 4, 8]
Cadmi (Cd) là kim loại có màu trắng bạc, dễ rèn, dễ dát mỏng thành lá và kéo
thành sợi mảnh. Cd bền trong không khí ẩm vì được phủ một lớp vỏ oxit. Khi đốt trong
không khí tạo thành CdO – oxit rất độc.
Cadmi là nguyên tố kém phổ biến trong tự nhiên, nó thường có trong nham
thạch núi lửa và trong các khoáng vật chứa kim loại khác, đặc biệt là kẽm.
Trong nước thiên nhiên thường không có cadmi, nhưng trong nước thải công
nghiệp thường có cadmi. Cadmi từ các nguồn nước thải đó thường nhiễm vào nước
thiên nhiên, đặc biệt là nước bề mặt. Hoạt động thải nước có chứa cadmi là chất thải
công nghiệp mỏ, công nghiệp luyện kim, quá trình lọc dầu, công nghiệp điện tử, sản
xuất pin, ác quy, công nghiệp mạ… Trong nước, cadmi ở dạng ion đơn trong môi
trường axit, và ở dạng ion phức (xianua, tactrat) hoặc dưới dạng không tan (hidroxit,
cacbonat) trong môi trường kiềm.
Cadmi vận chuyển thông qua chuỗi thức ăn từ cá thể loài này sang cá thể loài
khác. Nó có khả năng tích luỹ sinh học rất cao. Nó rất dễ bị tích luỹ và tích luỹ nhanh
trong động vật, đặc biệt là các vi sinh vật, động vật nhuyễn thể, động vật không xương
sống và có thời gian bán huỷ sinh học dài khoảng 10 - 30 năm.
Do kích thước và điện tích giống nhau nên khi bị nhiễm Cd 2+, nó có khả năng
thay thế Zn2+ trong các enzym, làm mất khả năng hoạt động của enzym. Khi Cd 2+ xâm
nhập vào cơ thể con người chúng được chuyển hoá qua thận rồi đào thải ra ngoài. Tuy
nhiên, vẫn còn khoảng 1% liên kết với protein trong thận tạo thành metallotionein giữ
lại trong thận, và cứ như vậy ngày càng được tích tụ dần trong thận theo tuổi, đến một

19


lúc nào đó lượng Cd2+ này đủ lớn có thể thay thế Zn 2+ trong các enzym và gây ra rối
loạn trao đổi chất.
Nhiễm độc cadmi gây nên chứng bệnh giòn xương, rối loạn chức năng của thận,
thiếu máu, tăng huyết áp, phá huỷ tuỷ xương và gây ung thư (ung thư tinh hoàn, ung

thư tiền liệt tuyến, ung thư phổi). Hít phải cadimi làm hỏng các tế bào phế nang, gây
phù phổi và các bệnh về phổi.
Nồng độ cho phép tối đa của cadmi trong nước uống theo WHO là 0,005 mg/l.
Tiêu chuẩn Việt Nam cho phép nồng độ cadmi trong nước sinh hoạt là 0,005 mg/l.
1.5.3. Chì [2, 4, 8]
Chì là kim loại mềm, màu xám thẫm, chịu được ăn mòn. Chì mềm dễ dát mỏng,
dễ kéo dài, dẫn điện và nhiệt kém.
Hàm lượng chì trong nước thiên nhiên rất nhỏ, cỡ 0,001 – 0,02 mg/l. Trong
nước thải của các nhà máy hoá chất và các khu luyện kim chứa lượng chì đáng kể, có
thể chứa 6 – 7 mg/l. Chì trong nước thải có thể ở dạng tan (ion đơn hoặc ion phức)
hoặc dưới dạng khó tan như sulfat, sulfua, cacbonat.
Hàm lượng chì trong vỏ trái đất là 10 – 20 mg/kg. Trong không khí, chì đưa vào
khí quyển khoảng 330 tấn/năm. Các nguồn thải chính của chì ra môi trường là: khai
thác quặng, tinh luyện chì, sản xuất pin và acquy, sử dụng xăng pha chì, thuốc trừ
sâu… Đa số chì lắng đọng tại nơi phát thải, song những bụi nhỏ (< 22 μm) có khả năng
phân tán rất xa. Chì trong không khí có thể di chuyển xa hơn và gây tích tụ trong cơ thể
sinh vật. Chì vào cơ thể con người chủ yếu qua đường hô hấp và thức ăn. Khả năng hấp
thụ chì ở trẻ em cao hơn người trưởng thành.
Sự hấp thụ chì vào cơ thể phân bố không đồng đều. Trước tiên nó đi vào máu và
đến các mô, sau đó là xương và tích tụ trong xương, khi đó nó đóng vai trò là nguồn
nội chì. Thời gian bán huỷ của chì trong máu và mô mềm từ 28 – 36 ngày. Thời gian
lưu trong xương dài hơn nhiều và tích luỹ lại trong đó có thể đến cả đời. Sự vận chuyển
chì vào bào thai xảy ra dễ dàng, thông qua suốt thời kỳ thai nghén.

20

Chì và các hợp


chất của chì đều độc. Chúng rất nguy hiểm ở chỗ khó có những phương tiện để cứu

chữa khi bị nhiễm độc lâu dài cho nên cần hết sức cẩn thận khi tiếp xúc với chúng.
Khi cơ thể bị nhiễm độc chì sẽ gây ức chế một số enzim quan trọng của quá
trình tổng hợp máu gây cản trở quá trình tạo hồng cầu. Chẳng hạn chì gây ức chế một
trong các sản phẩm trung gian trong quá trình tạo hồng cầu, đó là sản phẩm delta-amini
levulinic axit, nó là thành phần quan trọng để tổng hợp porphobilinogen. Khi hàm
lượng chì trong máu đạt khoảng 0,3 ppm thì nó ngăn cản quá trình sử dụng oxi để oxi
hoá glucozơ, tạo năng lượng cho quá trình sống, do đó làm cho cơ thể mệt mỏi. Ở nồng
độ cao hơn (> 0,8 ppm) có thể gây nên bệnh thiếu máu do thiếu sắc tố hồng cầu. Hàm
lượng chì trong máu nằm trong khoảng 0,5 – 0,8 ppm gây ra sự phá huỷ chức năng của
thận và phá huỷ tế bào não. Điều ít được biết đến là chì làm tăng huyết áp ở phụ nữ
mang thai. Chì ở liều lượng thấp cũng có thể ngăn cản sự phát triển sinh lý và trí tuệ
của trẻ sơ sinh và trẻ em. Liều độc của axetat chì là 1mg và của cacbonat chì là 2 – 4 g
đối với người lớn. Việc điều trị nhiễm độc chì rất phức tạp, tỷ lệ khỏi bệnh rất thấp.
Nồng độ cho phép tối đa của chì trong nước uống của tổ chức WHO là 0,05
mg/l. Tiêu chuẩn cho phép của chì trong nước sinh hoạt của Việt nam là 0,05 mg/l.
1.5.4. Coban [13]
Coban là kim loại màu trắng xám, cứng và giòn hơn sắt và niken, có nhiệt độ
nóng chảy và nhiệt độ sôi cao. Ở điều kiện thường nó hoạt động hoá học kém do có
màng oxit bảo vệ.
Trong tự nhiên, coban là kim loại ít phổ biến. Nó không tồn tại ở dạng tự do mà
chủ yếu ở trong khoáng quặng. Khoáng vật chứa coban gồm cobantin (CoAsS) chứa
34,5% Co, smatit (CoAs2).
Trong nước sinh hoạt và nước tự nhiên thường không có coban, hay nếu có thì
cũng ở dạng vết. Coban chỉ có trong nước ở một số hồ, sông mà nguồn nước của nó
chảy qua những núi, mỏ có coban. Coban trong nước chủ yếu do một số ngành công
nghiệp thải ra như công nghiệp mạ, luyện kim, hoá chất.

21

Coban có vai trò sinh học rất lớn và là nguyên tố vi lượng trong thực vật. Nhiều
sinh vật sống (kể cả con người) phải cần đến một lượng nhỏ coban trong cơ thể để tồn
tại. Cho vào đất một lượng nhỏ coban từ 0,13 – 0,3 mg/kg sẽ làm tăng sức khoẻ của
động vật ăn cỏ. Coban là một thành phần trung tâm của vitamin cobalamin, hoặc
vitamin B-12.
Các hợp chất của coban có độc tính nhẹ.
1.5.5. Crom [2, 4, 8]
Crom là kim loại màu trắng bạc có ánh kim, độ cứng cao và nhiệt độ nóng chảy
cao, dẫn điện và dẫn nhiệt tốt. Crom bền vững với không khí, hơi ẩm và khí cacbonic
do được bảo vệ bởi màng oxit mỏng và bền ở trên bề mặt.
Các hợp chất crom được tìm thấy trong môi trường là do bào mòn các đá chứa
crom và có thể được cung cấp từ nguồn núi lửa. Nồng độ trong nước nằm trong khoảng
1 đến 3000 mg/kg, trong nước biển từ 5 đến 800 ppb, và trong sông, hồ từ 26 ppb đến
5,2 mg/l. Khoáng vật chính của crom là sắt cromit [Fe(CrO 2)2] và còn có trong các
quặng đa kim.
Nguồn thải chính vào trong nước tự nhiên chính là nước thải công nghiệp.
Những nghành công nghiêp thải ra nhiều crom như: tạo màu, nhuộm; tananh hoá; điện
cực nhôm và các quá trình mạ kim loại và mạ điện khác; trong các nghành công nghiệp
hoá chất. Trong nước, crom tồn tại ở crom (III) và crom(VI) (CrO 42- và Cr2O72-)
Crom kim loại và các hợp chất crom(III) thông thường không được coi là nguy
hiểm cho sức khoẻ, nhưng các hợp chất crom(VI) lại độc hại nếu nuốt, hít phải. Liều tử
vong của các hợp chất crom(VI) độc hại là khoảng nửa thìa trà. Phần lớn các hợp chất
crom(VI) gây kích thích mắt, da và màng nhầy. Phơi nhiễm lâu ngày trước các hợp
chất crom(VI) có thể gây tổn thương mắt vĩnh viễn, nếu không được xử lý đúng cách.
Nó còn là tác nhân gây ưng thư ở người. Crom khi vào cơ thể người nó được tích luỹ
trong gan thận gây tổn thương gan thận và làm tổn thương các cơ quan khác.

22

Giới hạn cho phép của crom trong nước uống theo tiêu chuẩn của tổ chức WHO
là 0,05 mg/l, ở Việt Nam nồng độ crom cho phép trong nước sinh hoạt là 0,05 mg/l.
1.5.6. Đồng [2, 4, 6, 8]
Đồng là một kim loại màu vàng ánh đỏ, rắn trung bình, dễ kéo dài và dát mỏng,
dẫn điện và dẫn nhiệt tốt. Đồng là nguyên tố hoạt động hoá học kém, bền trong không
khí nếu không có hơi nước, khi nung trong không khí sẽ bị phủ một lớp oxit (CuO)
màu đen.
Trong tự nhiên, đồng là nguyên tố tương đối phổ biến và chủ yếu tồn tại ở dạng
tự do. Đồng có một lượng bé trong thực vật và động vật. Trong cơ thể con người, đồng
có trong thành phần của một số protein, enzim và tập trung chủ yếu ở gan. Hợp chất
của đồng là cần thiết đối với quá trình tổng hợp hemoglobin và photpholipit.
Hàm lượng đồng trong các loại nước thiên nhiên và trong các nguồn nước sinh
hoạt dao động trong khoảng 0,001 đến 1mg/l. Các nguồn nước ở gần xí nghiệp tuyển
quặng có thể lên đến 1000 mg/l. Trong nước, đồng thường tồn tại ở dạng cation hoá trị
II hoặc dưới dạng các ion phức với xianua, tactrat… Nguồn thải chính của đồng trong
nước thải công nghiệp là nước thải quá trình mạ và nước thải quá trình rửa, ngâm trong
bể có chứa đồng.
Đồng là nguyên tố có độc tính cao đối với hầu hết các thực vật thuỷ sinh, ở nồng
độ thấp ≤ 0,1 mg/l nó đã gây ức chế không cho các thực vật này phát triển. Với khuẩn
lam khi hàm lượng đồng là 0,01 mg/l đã làm chúng chết. Với thực vật, khi hàm lượng
đồng là 0,1 mg/l đã gây độc. Đối với cá nước ngọt thì đồng cũng gần như là kim loại
có độc tính nhất chỉ sau thuỷ ngân, với hàm lượng 0,002 mg/l cũng đã làm cho cá chết.
Đối với con người, khi hàm lượng đồng trong cơ thể là 10 g/kg thể trọng gây tử vong,
liều lượng 60-100 mg/kg gây buồn nôn. Tiếp xúc thường xuyên với đồng dẫn đến xơ
gan, tổn thương não, mắc các bệnh về thận…
Giới hạn cho phép của đồng trong nước sinh hoạt là 2 mg/l.

23

1.5.7. Kẽm [4, 6, 8]
Kẽm là kim loại màu trắng bạc, nhưng ở trong không khí ẩm, chúng dần dần bị
bao phủ bởi màng oxit nên mất ánh kim. Kẽm mềm và dễ nóng chảy.
Các khoáng vật của kẽm trong tự nhiên là sphalerit (ZnS), calamin (ZnCO 3).
Kẽm thường có trong những quặng đa kim cùng với chì và đồng. Kẽm còn có lượng
đáng kể trong thực vật và động vật. Cơ thể con người chứa kẽm đến 0,001%. Kẽm có
trong enzim cacbanhidrazơ là chất xúc tác quá trình phân huỷ của hidrocacbonat ở
trong máu, và do đó đảm bảo tốc độ cần thiết của quá trình hô hấp và trao đổi khí. Kẽm
có trong insulin là hocmon có vai trò điều chỉnh độ đường ở trong máu.
Trong nước tự nhiên hàm lượng kẽm thường rất nhỏ nằm trong khoảng từ
0,0001 – 5,77 mg/l. Lượng kẽm trong nước tự nhiên chủ yếu do các nguồn nước thải
đưa vào, đặc biệt nước thải của các nhà máy luyện kim, công nghiệp hoá chất, các nhà
máy sợi tồng hợp. Trong nước, kẽm tồn tại ở dạng ion đơn hay các ion phức xianua,
cacbonat, sulfua…
Kẽm là nguyên tố vi lượng cần thiết cho mọi hình thái của sự sống. Kẽm tham
gia vào thành phần của 300 enzym khác nhau, được xem như chất xúc tác không thể
thiếu của ARN-polimerase trong qúa trình nhân bản ADN và tổng hợp chất đạm.
Kẽm và hợp chất của chúng khá ít độc tính, chúng ít ảnh hưởng đến các động
vật thân nhiệt ổn định mà chỉ ảnh hưởng đến động vật biến nhiệt. Ăn vào cơ thể hơn
150 mg Zn mỗi ngày có thể gây rối loạn chuyển hoá đồng và sắt. Một liều rất cao (450
mg/ngày) làm thiếu đồng và gây thiếu máu nguyên bào sắt. Liều quá cao có thể gây
suy giảm chức năng miễn dịch. Quá liều có thể gây buồn nôn, nôn, phát ban, sự khử
nước và loét dạ dày. Nếu đưa vào cơ thể lượng lớn kẽm 2 - 4 gam có thể gây chết
người sau 10 - 48 giây. Kẽm làm giảm hấp thu tetracycline. Nên tránh điều trị kẽm
trong thai kỳ và cho con bú.
1.5.8. Mangan [4, 6, 8]

24

Mangan là kim loại màu trắng bạc, khó nóng chảy và khó sôi. Mangan tinh khiết
dễ cán và dễ rèn nhưng khi chứa tạp chất thì trở nên cứng và giòn. Mangan là kim loại
quan trọng trong các hợp kim công nghiệp, đặc biệt là thép không gỉ.
Trong thiên nhiên mangan là nguyên tố tương đối phổ biến chiếm 0,1 % khối
lượng vỏ trái đất. Đất chứa 7 – 9000 ppm mangan với hàm lượng trung bình 440 ppm.
Nước biển chứa 10 ppm mangan và trong khí quyển chứa 0,1μg/m3. Khoáng vật chính
của mangan là hausmanit (Mn3O4) chứa khoảng 72% Mn, pirolusit (MnO 2) chứa
khoảng 63% Mn, braunit (Mn2O3) và manganit (MnOOH)
Mangan trong nước thường nằm ở dạng tan (ion Mn 2+) và không tan ở dạng kết
tủa hidroxit. Hàm lượng mangan trong nước tự nhiên trung bình 0,58 mg/l, hàm lượng
này còn phụ thuộc vào nguồn nước và khu vực nước chảy qua. Các nguồn nước thải từ
nhà máy luyện kim, công nghiệp hoá chất, nhà máy pin…có hàm lượng mangan cao.
Trong nước thải sinh hoạt, hàm lượng mangan dao động trong khoảng 0,47 – 0,5 mg/l.
Mangan ít độc đối với động vật nhưng độc đối với thực vật ở nồng độ cao. Khi
hàm lượng mangan 2 mg/l sẽ gây độc cho cây họ đậu, 5 – 10 mg/l gây độc cho cây cà
chua.
Nồng độ tối đa cho phép của mangan trong nước uống của WHO là 0,1 mg/l.
Tiêu chuẩn nồng độ mangan trong nước sinh hoạt của Việt Nam là 0,1 mg/l.
1.5.9. Niken [4, 8]
Niken là kim loại màu trắng bạc dễ rèn, dễ rát mỏng, nhiệt độ nóng chảy và
nhiệt độ sôi cao. Ở điều kiện thường, niken phản ứng chậm do có màng oxit bảo vệ.
Trong tự nhiên, niken là nguyên tố ít phổ biến, hàm lượng trung bình trong vỏ
trái đất là 0,02%. Các khoáng vật chứa niken là nikelin (NiAs), milerit (NiS) và
penlađit ((Fe,Ni)9S8).
Trong nước sinh hoạt và nước tự nhiên thường không có niken, hay nếu có thì
cũng ở dạng vết. Niken chỉ có trong nước ở một số hồ, sông mà nguồn nước của nó
chảy qua những núi, mỏ có niken. Niken có trong nước thải của một số nghành công

25