Nghiên cứu ảnh hưởng của một số ion đến khả năng thủy phân và tồn lưu của các kim loại nặng chính có trong quặng đồng sinh quyền

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

Vũ Thị Hà Mai

NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA MỘT SỐ ION ĐẾN KHẢ NĂNG
THỦY PHÂN VÀ TỒN LƢU CỦA CÁC KIM LOẠI NẶNG CHÍNH CÓ
TRONG QUẶNG ĐỒNG SINH QUYỀN

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

HÀ NỘI - NĂM 2015


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

Vũ Thị Hà Mai

NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA MỘT SỐ ION ĐẾN KHẢ
NĂNG THỦY PHÂN VÀ TỒN LƢU CỦA CÁC KIM LOẠI
NẶNG CHÍNH CÓ TRONG QUẶNG ĐỒNG SINH QUYỀN

Chuyên ngành

:

Hóa môi trường

Mã số

:

60440120

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS. TS. TRẦN HỒNG CÔN

HÀ NỘI - NĂM 2015


LỜI CẢM ƠN

Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến các thầy giáo, cô giáo khoa
Hóa học, trường Đại học Khoa học tự nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội đã
trang bị kiến thức cho tôi trong suốt quá trình học tập.
Đặc biệt, xin gửi lời cảm ơn trân trọng nhất đến PGS. TS. Trần Hồng
Côn, đã tận tình hướng dẫn tôi trong suốt thời gian thực hiện luận văn.
Xin gửi lời cảm ơn tới các thầy cô, anh chị, các bạn đang làm việc tại
Bộ môn Hóa môi trường đã giúp đỡ tôi trong việc thu thập, tìm tài liệu, tạo
điều kiện thuận lợi trong quá trình nghiên cứu, và cho tôi những lời khuyên
quý giá để luận văn có thể hoàn thiện hơn.
Cuối cùng, tôi xin chân thành cảm ơn cha mẹ, anh chị em trong gia
đình, bạn bè đã luôn sát cánh hỗ trợ và động viên về cả vật chất lẫn tinh thần
để tôi có thể toàn tâm, toàn ý cho công việc.
Xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày 26 tháng 12 năm 2014
Học viên

Vũ Thị Hà Mai

MỤC LỤC

Lời cảm ơn
Danh mục các bảng
Danh mục các hình
Mở đầu .................................................................................................................. 1
Chƣơng 1. TỔNG QUAN ........................................................................................... 3
1.1. Sơ lược về trữ lượng quặng đồng tại Việt Nam và mỏ đồng Sinh Quyền ............. 3
1.1.1. Trữ lượng và phân bố quặng đồng sunfua tại Việt Nam................................... 3
1.1.2. Trữ lượng quặng đồng sunfua tại mỏ đồng Sinh Quyền ................................... 4
1.1.3. Một số loại quặng đồng sunfua ......................................................................... 5
1.1.4. Các quy trình khai thác quặng tại Việt Nam ..................................................... 8
1.2. Nguy cơ ô nhiễm kim loại nặng do các bãi thải khai thác chế biến khoáng sản ... 13
1.2.1. Nguồn gây ô nhiễm ........................................................................................... 13
1.2.2. Con đường phát tán kim loại nặng và các chất độc hại vào môi trường ............. 15
1.3. Tình trạng ô nhiễm tại các khu vực khai thác quặng ở Việt Nam ......................... 16
1.3.1. Tại các mỏ quặng ở Việt Nam ......................................................................... 16
1.3.2. Tại khu vực mỏ đồng Sinh Quyền – Lào Cai .................................................. 18
1.4. Quá trình phong hóa quặng sunfua ........................................................................ 19
1.4.1. Phong hóa vật lý ................................................................................................ 19
1.4.2. Phong hóa hóa học ............................................................................................ 21
1.4.3. Phong hóa sinh học ........................................................................................... 24
1.5. Các quá trình sau phong hóa quặng sunfua............................................................ 24
1.5.1. Quá trình kết tủa ................................................................................................ 25
1.5.2. Quá trình tạo phức ............................................................................................. 26
1.5.3. Quá trình thủy phân ........................................................................................... 26
1.5.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thủy phân và tạo kết tủa .......................... 27
1.6. Ảnh hưởng của kim loại nặng đến cơ thể sống và con người ................................ 28

1.6.1. Sắt ...................................................................................................................... 28


1.6.2. Cadmi ................................................................................................................ 29
1.6.3. Chì ..................................................................................................................... 30
1.6.4. Coban ................................................................................................................ 31
1.6.5. Crom .................................................................................................................. 32
1.6.6. Đồng .................................................................................................................. 33
1.6.7. Kẽm ................................................................................................................... 34
1.6.8. Mangan .............................................................................................................. 35
1.6.9. Niken ................................................................................................................. 36
Chƣơng 2. THỰC NGHIỆM
2.1. Đối tượng nghiên cứu............................................................................................. 37
2.2. Mục tiêu nghiên cứu............................................................................................... 37
2.3. Phương pháp nghiên cứu........................................................................................ 37
2.4. Danh mục hoá chất. thiết bị cần thiết cho nghiên cứu .......................................... 38
2.5. Thực nghiệm .......................................................................................................... 41
2.5.1. Nghiên cứu ảnh hưởng của pH tới sự thủy phân của các kim loại nặng chính
có trong quặng ...................................................................................................... 41
2.5.2. Ảnh hưởng của pH và nồng độ ion Fe3+ đối với sự thủy phân của các kim
loại nặng ............................................................................................................... 42
2.5.3. Ảnh hưởng của pH và nồng độ ion Cu2+ đối với sự thủy phân của các kim
loại nặng ............................................................................................................... 43
2.5.4. Ảnh hưởng của pH và tương tác của các kim loại nặng có thành phần giống
quặng khi thủy phân trong điều kiện tương tự phong hóa ................................... 44
Chƣơng 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. Nghiên cứu ảnh hưởng của pH tới sự thủy phân của các kim loại nặng chính có
trong quặng ........................................................................................................... 45
3.2. Ảnh hưởng của pH và nồng độ ion Fe3+ đối với sự thủy phân của các kim loại
nặng ...................................................................................................................... 50

3.3. Ảnh hưởng của pH và nồng độ ion Cu2+đối với sự thủy phân của các kim loại
nặng ...................................................................................................................... 61


3.4. Ảnh hưởng của pH và tương tác của các kim loại nặng có thành phần giống
quặng đến sự thủy phân và tồn lưu trong điều kiện tương tự phong hóa ............. 72
KẾT LUẬN ............................................................................................................ 76
TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................... 78


DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1.

Bảng 2.1.a

Bảng tích số tan của một số hidroxit kim loại nặng có trong
quặng đồng
Danh mục hoá chất cần thiết cho nghiên cứu

Bảng 2.1.b Danh mục hoá chất cần thiết cho nghiên cứu
Bảng 2.2.

Danh mục thiết bị cần thiết cho nghiên cứu

Bảng 2.3.

Tỷ lệ các kim loại trong quặng

Bảng 3.1.

Bảng 3.2.
Bảng 3.3.
Bảng 3.4.
Bảng 3.5.
Bảng 3.6.

Bảng 3.7.
Bảng 3.8.
Bảng 3.9.
Bảng 3.10.

Kết quả nồng độ các ion kim loại còn lại sau khi thủy phân
khi pH thay đổi
Ảnh hưởng của pH và nồng độ ion Fe3+ đối với sự thủy phân của
Pb2+
Ảnh hưởng của pH và nồng độ ion Fe3+ đối với sự thủy phân của
Co2+
Ảnh hưởng của pH và nồng độ ion Fe3+ đối với sự thủy phân của
Ni2+
Ảnh hưởng của pH và nồng độ ion Fe3+ đối với sự thủy phân của
Cr3+
Ảnh hưởng của pH và nồng độ ion Fe3+ đối với sự thủy phân của
Mn2+
Ảnh hưởng của pH và nồng độ ion Fe3+ đối với sự thủy phân của
Cd2+
Ảnh hưởng của pH và nồng độ ion Fe3+đối với sự thủy phân của
Zn2+
Ảnh hưởng của pH và nồng độ ion Cu2+ đối với sự thủy phân
của Pb2+
Ảnh hưởng của pH và nồng độ ion Cu2+ đối với sự thủy phân

của Co2+


Bảng 3.11.
Bảng 3.12.
Bảng 3.13.
Bảng 3.14.
Bảng 3.15.
Bảng 3.16.

Ảnh hưởng của pH và nồng độ ion Cu2+ đối với sự thủy phân
của Ni2+
Ảnh hưởng của pH và nồng độ ion Cu2+ đối với sự thủy phân
của Mn2+
Ảnh hưởng của pH và nồng độ ion Cu2+ đối với sự thủy phân
của Cr3+
Ảnh hưởng của pH và nồng độ ion Cu2+ đối với sự thủy phân
của Cd2+
Ảnh hưởng của pH và nồng độ ion Cu2+ đối với sự thủy phân
của Zn2+
Ảnh hưởng của pH và tương tác của các ion có thành phần, tỷ lệ
tương tự quặng đối với sự thủy phân của các ion còn lại


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 3.1.

Khảo sát ảnh hưởng của pH.

Hình 3.2.

Ảnh hưởng của pH và nồng độ ion Fe3+ đối với sự thủy phân của Pb2+

Hình 3.3.

Ảnh hưởng của pH và nồng độ ion Fe3+ đối với sự thủy phân của Co2+

Hình 3.4.

Ảnh hưởng của pH và nồng độ ion Fe3+ đối với sự thủy phân của Ni2+

Hình 3.5.

Ảnh hưởng của pH và nồng độ ion Fe3+ đối với sự thủy phân của Cr3+

Hình 3.6.

Ảnh hưởng của pH và nồng độ ion Fe3+ đối với sự thủy phân của Mn2+

Hình 3.7.

Ảnh hưởng của pH và nồng độ ion Fe3+ đối với sự thủy phân của Cd2+

Hình 3.8.

Ảnh hưởng của pH và nồng độ ion Fe3+đối với sự thủy phân của Zn2+

Hình 3.9.

Ảnh hưởng của pH và nồng độ ion Cu2+ đối với sự thủy phân của Pb2+

Hình 3.10. Ảnh hưởng của pH và nồng độ ion Cu2+ đối với sự thủy phân của Co2+
Hình 3.11. Ảnh hưởng của pH và nồng độ ion Cu2+ đối với sự thủy phân của Ni2+
Hình 3.12

Ảnh hưởng của pH và nồng độ ion Cu2+ đối với sự thủy phân của Mn2+

Hình 3.13

Ảnh hưởng của pH và nồng độ ion Cu2+ đối với sự thủy phân của Cr3+

Hình 3.14

Ảnh hưởng của pH và nồng độ ion Cu2+ đối với sự thủy phân của Cd2+

Hình 3.15

Ảnh hưởng của pH và nồng độ ion Cu2+ đối với sự thủy phân của Zn2+

Hình 3.16

Ảnh hưởng của pH và tương tác của các ion có thành phần, tỷ lệ tương
tự quặng đối với sự thủy phân của các ion còn lại


MỞ ĐẦU
Hiện nay, với sự phát triển như vũ bão của các ngành công nghiệp, nhu cầu sử
dụng kim loại ngày càng tăng. Ngoài việc nhập một lượng kim loại với chi phí cao thì
nước ta tận dụng triệt để trữ lượng tài nguyên khoáng sản tương đối lớn và đa dạng.

Tuy nhiên, việc khai thác khoáng sản đã và đang để lại những hậu quả nghiêm trọng
cho môi trường.
Trong tự nhiên có khoảng hơn 70 kim loại nặng, đó là các kim loại có tỉ khối
lớn hơn 5 gam/cm3. 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, chỉ có một số nguyên tố là cần thiết cho cơ thể sống và con người ở
một giới hạn cho phép nào đấy, chúng là các nguyên tố vi lượng như: Cu, Zn, Mn,
Mo…... nhưng khi hàm lượng vượt quá giới hạn cho phép đó, chúng sẽ gây độc hại
nghiêm trọng cho cơ thể. 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, 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 đất, môi trường nước hoặc các hạt bụi có kích thước
nhỏ bé trong không khí có thể xâm nhập vào cơ thể con người thông qua đường tiêu
hóa và hô hấp, dẫn đến sự nhiễm độc. Đa số các kim loại nặng với đặc tính bền vững
trong môi trường, có khả năng gây độc ở liều lượng thấp và tích luỹ lâu dài trong chuỗi
thức ăn, vì vậy nó cũng được xem là một chất thải nguy hại.
Mỏ đồng Sinh Quyền – Lào Cai có trữ lượng gần 100 triệu tấn quặng, là nguồn
lợi cho rất nhiều nhà đầu tư trong việc khai thác. Do năng lực có hạn, trang thiết bị
đang còn thô sơ, lạc hậu, các quy trình khai thác phần lớn theo thủ công, chưa đảm bảo
các quy định về bảo vệ môi trường nên sau khi lấy được phần quặng giàu và các kim
loại cần khai thác thì bỏ đi toàn bộ phần quặng nghèo và khoáng sản đi cùng. Các kim
loại nặng có trong quặng, dưới tác dụng của quá trình phong hóa tự nhiên sẽ bị phân

10


hủy, thủy phân, hòa tan hoặc kết tủa để vận chuyển hoặc tồn lưu, có ảnh hưởng to lớn
đến môi trường sinh thái tại địa phương, ảnh hưởng đến sức khỏe của con người và
động thực vật. Vì vậy, chúng tôi lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu ảnh hƣởng của một số
ion đến khả năng thủy phân và tồn lƣu của các kim loại nặng chính có trong

quặng đồng Sinh Quyền”.

11


TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Việt
1. Doãn Văn Kiệt, Một số nguyên tố vi lượng thường gặp trong nước và ảnh
hưởng của chúng, Đại học tây Bắc.
2. Đỗ Thị Vân Thanh – Trịnh Hân (2011), Khoáng vật học, nhà xuất bản Đại học
Quốc gia Hà Nội.
3. Đào Thị Phương Diệp, Đỗ Văn Huê (2007), Giáo trình hóa học phân tích, Nhà
xuất bản Đại học Sư phạm.
4. Đặng Trung Thuận (2000), Giáo trình địa hoá học, Đại học quốc gia Hà Nội.
5. Hồ Sĩ Giao, Mai Thế Toàn (2011), Những điểm nóng môi trường trong hoạt
động khai thác mỏ ở Việt Nam, Hội nghị khoa học kỹ thuật mỏ quốc tế 2010
6. Hoàng Nhâm(2001), Hoá học vô cơ, tập 2,3, Nhà xuất bản giáo dục.
7. Lâm Ngọc Thụ (2005), Cơ sở Hóa học phân tích, NXB Đại học Quốc gia Hà
Nội.
8. Nguyễn Thị Kim Dung (2011), Nghiên cứu quá trình ô nhiễm asen và mangan
trong nước dưới tác động của môi trường oxi hoá khử tự nhiên và ứng dụng xử
lý chúng tại nguồn, Luận án tiến sĩ Hoá học, Đại học Quốc gia Hà Nội.
9. Nguyễn Thị Thuỳ Dương (2007), Nghiên cứu mối quan hệ giữa môi trường nuôi
trồng tới khả năng tích luỹ một số kim loại nặng của loài Nghêu(Meretrixlyrata)
tại xóm I-II, xã Nam Thịnh, huyện Tiền Hải, tỉnh Thái Bình, Khoá luận tốt
nghiệp Đại học, Đại học dân lập Hải Phòng.
10. Nguyễn Tinh Dung (1998), Hóa học phân tích II, Các phản ứng ion trong dung
dịch nước, Nhà xuất bản Giáo dục.
11. Phạm Ngọc Hồ-Đồng Kim Loan-Trịnh Thị Thanh (2010), Giáo trình cơ sở môi
trường nước, Nhà xuất bản giáo dục.

12


12. Phạm Tích Xuân (2011), Nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng của các bãi thải khai
thác và chế biến khoáng sản kim loại đến môi trường và sức khỏe con người và
đề xuất biện pháp giảm thiểu, Chương trình KHCN cấp nhà nước, Bộ Khoa học
và Công nghệ.
13. Tuấn Nghĩa (2011), Kiểm soát ô nhiễm môi trường mỏ, Báo kinh tế đối ngoại.
14. Trần Thị Bính, Phùng Tiến Đạt, Lê Viết Phùng, Phạm Văn Thường (1999), Hóa
học Công nghệ và Môi trường, Nhà xuất bản Giáo dục.
15. Trần Tứ Hiếu, Nguyễn Văn Nội (2008), Cơ sở Hoá học môi trường, Đại học
Quốc gia Hà Nội.
16. Trần Tuấn Anh (2010), Nghiên cứu thành phần đi kèm trong các kiểu tụ khoáng
kim loại cơ bản và kim loại quý hiếm có triển vọng ở miền Bắc Việt Nam nhằm
nâng cao hiệu quả khái thác chế biến khoáng sản và bảo vệ môi trường,
Chương trình KHCN cấp nhà nước, Bộ Khoa học và Công nghệ.

Tiếng Anh
17. Bates, M.N., Smith, A.H., and Hopenhayn-Rich, C. (1992), Arsenic ingestion
and internal cancers a review, Am.J.Epidemiol.135:462-476.
18. Churl Gyu Lee,Hyo-Teak Chon, Myung Chae Jung (2011), “Heavy metal
contamination in the vicinity of the Daduk Au-Ag-Pb-Zn mine in Korea”,
Applied Geochemistry 16 (2011) 1377-1386.
19. Cunningham, W.P and Saigo, B.W (2001), Environmental Science: A global
concern. 6thedt, McGraw-Hill Companies, Inc.
20. Global Mining Campaign (2001), “The impact of handrock mining on the
environment and human health”, Uccn puplished paper International Meeting,
Warrenton, Virginia, USA September 15-19, 2001, 10pp.

13


21. Iyengar V, Nair p (2000), “Global outlook on nutrition and the environment:
meeting the challenges of the next millennium”, Science Total Environmental;
249; 331-46.
22. Jame W. Moore, S. Ramamoorthy (1984), Heavy metal in natural waters,
Springer-Verlag Nework Berlin Heidelberg Tokyo.
23. Lacatusu R, Rauta C, Carstea S, ghelase I (1996), “Soil-plant-man
relationships in heavy metal polluted area in Romania”, Appl Geochem;
10:105-7.
24. Liu H, Probst A, Liao B (2005), “Metal contamination of soils and crops
affected by the Chenzhou lead/zinc mine spill” (Human China) science of the
Total Environment 339:53-166.
25. Manfred Felician Bitala (2008), Evaluation of heavy metals pollution in soil and
plants ảccued from gold mining activities in Geita, Tanzana, University of Dar
es Salaam.
26. Montgomery CW (2003), Environment Geology, 6th edition McGraw-hill
Companies, Inc., 1221 Aveneu of the Americans, New York.
27. Moran, J.M, Morgan, M.D and Wiersma, J.H (1980), Introduction to
environmental science, W.H.Freeman Company, Sanfrancisco.
28. Paul Leslie Brown (1984), Studies on the hydrolysis of metal ions, University of
Wollongong.
29. Plunket E.R (1987), handbook of industrial toxicity, 3rd edition, Edward Amold
Ltd, Victoria, Australia.
30. Robert A. Alberty (1968), Effect of pH and metal ion concentration on the
Equilibrium hydrolysis of adenosine triphosphate to adenosine diphosphate,
The journal of Biological chemistry 243, 1337 – 1343.

14

31. Teng Yanguo, Ni Shijun, Jiao Pengcheng, Deng Jian, Zhang Chengjiang, and
Wang Jinsheng, “Eco-Environmental Geochemistry ò heavy metal pollution in
Dexing Mining Area”, Vol.23 No.4 Chinese journal of geochemistry.
32. Tu’’rkdogan MK, Kilicel Fevzi, Kara Lazim, tuncer Ilyas, Uygan Ismail (2003),
“Heavy metals in soil, vegetables aand fruits in the endemic upper
gastrointestinal cancer region of Turkey”, Environ Toxicon Pharmacol;
13(3):175-9.
33. UNEP, WWF, EPA, SEDESOL and VROM (1995), Mining support package:
metallic Ores and Minerals, Proceedings of the fourth International Conference
on environmental compliance and forcement, April 1996, Bankok Thailand
34. WHO, FAO and IAEA (1996), trace elements in human nutrition and health,
WHO, Geneva.
35. Williams, L.K and Langley, R.L, (2001), Environmental health secrets, Hanley
and Belfus, Inc, Philadelphia.

15