...Nguyễn Hữu Long.pdf

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI
KHOA MÔI TRƯỜNG
-----

-----

NGUYỄN HỮU LONG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
‟ Nghiên cứu khả năng hấp phụ Asen trong nước bằng Bùn đỏ
biến tính’’

Hà Nội, Tháng 02 năm 2014.


TRƯỜNG ĐH TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI
KHOA MÔI TRƯỜNG

NGUYễN HữU LONG

Đồ ÁN TốT NGHIệP
‟ Nghiên cứu khả năng hấp phụ Asen trong nước bằng Bùn đỏ
biến tính’’

Chuyên Ngành: Công nghệ Kỹ thuật môi trường
Mã ngành: D510406
Người hướng dẫn:

TS. Dương Tuấn Hưng

ThS. Trịnh Thị Thủy

Hà Nội, tháng 02 năm 2014


LỜI CẢM ƠN
Với lòng biết ơn sâu sắc em xin chân thành cảm ơn TS Dương Tuấn Hưng,
ThS Trịnh Thị Thủy người đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ em trong quá trình
học tập, thực tập và làm đồ án tốt nghiệp.
Em xin chân thành cảm ơn toàn thể các bác, các cô, chú, anh, chị trong
phòng khoa học phân tích và hoá chất tinh khiết - Viện Hoá Học - Viện Hàn Lâm
Khoa Học và Công Nghệ Việt Nam đã nhiệt tình hướng dẫn chỉ bảo em trong
quá trình làm đồ án tốt nghiệp.
Em cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành tới các thầy giáo, cô giáo trong
Khoa Môi trường - Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội, gia đình
và bạn bè đã tận tình giúp đỡ, động viên em trong quá trình thực hiện đồ án.

Hà Nội, tháng 1 năm 2014
Sinh viên

Nguyễn Hữu Long


MỤC LỤC
Mục lục ............................................................................................................. i
Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt ............................................................ ii
Danh mục các bảng ......................................................................................... iii
Danh mục các hình .......................................................................................... iv
MỞ ĐẦU ................................................................................................................ 1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN .................................................................................. 3
1.1 Tình hình khai thác và chế biến bauxit ở Việt Nam và Thế giới. ................ 3

1.1.1 Tình hình khai thác và chế biến bauxit trên Thế giới. .......................... 3
1.1.2 Tình hình khai thác và chế biến bauxit ở Việt Nam. ............................ 5
1.2. Công nghệ thải bùn đỏ và đặc tính của bùn đỏ. .......................................... 7
1.2.1 Công nghệ thải bùn đỏ. ......................................................................... 7
1.2.2 Thành phần và tính chất của bùn đỏ. .................................................... 8
1.2.3 Định hướng xử lý bùn đỏ. ................................................................... 10
1.3 Các phương pháp phân tích xác định thành phần và tính chất bùn đỏ. ..... 11
1.3.1 Phương pháp phổ nhiễu xạ tia X. ........................................................ 11
1.3.2 Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử . ..................................... 12
1.3.2.1 Nguyên tắc của phép đo. .................................................................. 12
1.3.2.2 Trang bị của phép đo. ....................................................................... 14
1.3.3 Các phương pháp phân tích hóa học. .................................................. 16
1.3.3.1 Phương pháp phân tích khối lượng: ................................................. 16
1.3.3.2 Phương pháp phân tích thể tích:....................................................... 16
1.4 Vấn đề ô nhiễm asen trong nước ngầm . ................................................... 17
1.4.1 Hiện trạng ô nhiễm Asen trong nước ngầm tại Việt Nam. ................. 17
1.4.2 Độc tính của Asen. .............................................................................. 17
1.5 Các phương pháp phân tích Asen trong nước. .......................................... 18
1.6 Các Phương pháp xử lý Asen.................................................................... 18
CHƯƠNG 2. THỰC NGHIỆM ........................................................................... 21
2.1 Đối tượng nghiên cứu. ............................................................................... 21


2.2 Nội dung nghiên cứu .................................................................................. 21
2.3 Trang thiết bị và hóa chất phục vụ nghiên cứu. ......................................... 21
2.3.1 Trang thiết bị . ..................................................................................... 21
2.3.2 Hóa chất và dụng cụ. ........................................................................... 21
2.4 Tiến hành thực nghiệm............................................................................... 22
2.4.1 Lấy mẫu Bùn đỏ. ................................................................................. 22
2.4.2 Hoạt hóa bùn đỏ. ................................................................................. 22

2.4.3 Phân tích hàm lượng Asen trong nước................................................ 22
2.4.4 Đánh giá khả năng hấp phụ asen của bùn đỏ. ..................................... 25
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BIỆN LUẬN ........................................................ 26
3.1 Kết quả phân tích thành phần Bùn đỏ. ....................................................... 26
3.2 Kết quả xác định cấu trúc pha của Bùn đỏ................................................. 26
3.3 Kết quả xác định cấu trúc pha của bùn đỏ sau khi hoạt hóa bằng nhiệt. ......... 28
3.4 Nghiên cứu khảo sát các điều kiện hấp phụ asen....................................... 33
3.4.1 Nghiên cứu lựa chọn điều kiện hoạt hóa và pH hấp phụ tối ưu.......... 33
3.4.2 Nghiên cứu lựa chọn thời gian hấp phụ tối ưu.................................... 40
3.4.3 Nghiên cứu khả năng hấp phụ đối với As(V). .................................... 42
KẾT LUẬN .......................................................................................................... 46
TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................... 47


MỞ ĐẦU
Bauxit là một trong những khoáng sản phổ biến trên bề mặt Trái đất để
chế biến thành nhôm kim loại và là một trong những nguồn tài nguyên khoáng
sản có trữ lượng rất lớn của Việt Nam. Theo kết quả điều tra thăm dò địa chất
chưa đầy đủ, ở nước ta khoáng sản Bauxit phân bố rộng từ Bắc đến Nam với trữ
lượng khoảng 5,5 tỷ tấn quặng nguyên khai, tương đương với 2,4 tỷ tấn quặng
tinh; tập trung chủ yếu ở Tây Nguyên (chiếm 91,4%), trong đó Đăk Nông 1,44 tỷ
tấn (chiếm 61%). So với các mỏ Bauxit trên thế giới, Bauxit ở Việt Nam được
đánh giá có chất lượng trung bình.
Theo báo cáo “Tổng quan về tài nguyên quặng Bauxit và quy hoạch phân
vùng thăm dò, khai thác, chế biến, sử dụng quặng Bauxit giai đoạn 2007-2015 có
xét đến năm 2025” của Tập đoàn Công nghiệp Than - Khoáng sản Việt Nam
(TKV), cơ quan chịu trách nhiệm chính trong việc đầu tư thực hiện quy hoạch
Bauxit tại Tây Nguyên thì đến năm 2015, Việt Nam sẽ sản xuất từ 6,0 - 8,5 triệu
tấn Alumin và 0,2 - 0,4 triệu tấn Nhôm. Tại vùng Tây Nguyên sẽ xây dựng 6 nhà
máy Alumin, 1 nhà máy điện phân nhôm, 1 đường sắt khổ đơn dài 270km, rộng

1,43m từ Đăk Nông đến Bình Thuận và 1 cảng biển chuyên dụng công suất 10 15 triệu tấn tại Bình Thuận. Đến năm 2025 sẽ xây dựng và nâng công suất của 7
nhà máy.
Bùn đỏ là bã thải của quá trình sản xuất nhôm từ quặng bauxit theo phương
pháp Bayer. Do tính kiềm cao và lượng bùn thải lớn, bùn đỏ sẽ là tác nhân gây ô
nhiễm môi trường nghiêm trọng nếu không được quản lý tốt. Bùn đỏ là hỗn hợp
bao gồm các hợp chất của sắt, mangan… và một lượng xút dư thừa do quá trình
hòa tan và tách quặng bauxit. Đây là hợp chất độc hại, thậm chí bùn đỏ được ví
như “bùn bẩn”. Hiện nay, trên thế giới chưa có nước nào xử lý triệt để được vấn
1


đề bùn đỏ. Cách phổ biến mà người ta vẫn thường làm là chôn lấp bùn đỏ ở các
vùng đất ít người, ven biển để tránh độc hại.
Với quy hoạch phát triển bauxit ở Tây Nguyên đến năm 2015 mỗi năm sản
xuất khoảng 7 triệu tấn Alumin, tương đương với việc thải ra môi trường 10 triệu
tấn bùn đỏ. Đến năm 2025 là 15 triệu tấn alumin tương đương với 23 triệu tấn
bùn đỏ. Cứ như thế sau 10 năm sẽ có 230 triệu tấn và sau 50 năm sẽ có 1,15 tỷ
tấn bùn đỏ tồn đọng trên vùng Tây Nguyên.
Tuy nhiên, do thành phần và tính chất của quặng bauxit khác nhau dẫn đến
thành phần và tính chất của bùn đỏ cũng khác nhau, cho đến thời điểm hiện nay,
chưa có cơ quan nào nghiên cứu về thành phần và tính chất của bùn đỏ trong quá
trình sản xuất alumin tại Việt Nam.
Thành phần các nguyên tố kim loại trong bùn đỏ cũng dao động lớn tùy thuộc
vào thành phần và tính chất của quặng như hàm lượng Fe2O3 dao động từ 30 60%, hàm lượng Al2O3 còn dư từ 10 - 20%, hàm lượng TiO2 dao động khá lớn từ
hàm lượng vết cho đến 25%, tùy theo thành phần và tính chất của bùn đỏ mà
chúng ta đưa ra các công nghệ phù hợp để sản xuất các vật liệu hữu ích khác
nhau như: Vật liệu xử lý nước ở các dạng hợp chất như phèn nhôm, sắt hoặc chế
tạo ra các vật liệu hấp phụ làm sạch nước và không khí.
Do vậy việc nghiên cứu thành phần và tính chất của bùn đỏ nhằm định hướng
ứng dụng trong xử lý môi trường là việc làm cần thiết và cấp bách.

Do vậy, em lựa chọn đề tài ‘‘Nghiên cứu khả năng hấp phụ Asen trong
nước bằng Bùn đỏ biến tính’’ để nghiên cứu, định hướng trong việc xử lý Asen
đối với nguồn nước bị nhiễm Asen.

2


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1 Tình hình khai thác và chế biến bauxit ở Việt Nam và Thế giới
1.1.1 Tình hình khai thác và chế biến bauxit trên Thế giới
Theo công bố của cục khảo sát Địa chất Mỹ vào tháng 1 năm 2009 thì tiềm
năng bauxit toàn thế giới khoảng 55 - 75 tỷ tấn, phân bố trên các Châu lục như
bảng 1.1:
Bảng 1.1: Tỷ lệ phân bố trữ lượngBauxit 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 2:
Bảng 1.2: Các nước có tiềm năng lớn hàng đầu về bauxit
Trữ lượng Bauxit

STT

Tên nước

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

(109 tấn)

3


Hầu hết các nước có nguồn bauxit lớn đều khai thác để chế biến trong nước
hoặc xuất khẩu. Hiện nay trên thế giới có khoảng 20 nước khai thác bauxit, 33
nước sản xuất alumin và 45 nước điện phân nhôm.
Khai thác bauxit và sản xuất alumin phụ thuộc chủ yếu vào nhu cầu nhôm
của thế giới. Từ những năm 1990, tốc độ sản xuất nhôm cao hơn sản xuất bauxitalumin. Năm 1999, sản lượng alumin của thế giới là 45,784 triệu tấn, năm 2005
là 60,833 và đến năm 2006 đã là 72,200 triệu tấn. Bauxit chủ yếu dùng cho
ngành luyện kim, trong khi bauxit được dùng cho các ngành công nghiệp khác
như: vật liệu chịu lửa, vật liệu mài, vật liệu gốm sứ chỉ dao động trong khoảng 7
triệu tấn/năm. Hiện nay trên thế giới có khoảng 94 công ty sản xuất alumin,
trong đó một số công ty lớn được trình bày ở bảng 1.3.
Bảng 1.3: Các công ty sản xuất alumin chủ yếu trên thế giới
STT

Công ty

Công suất thiết kế(tấn)

Sản xuất thực tế(tấn)

1

Alcoa

13.497.000

13.409.000

2

Chalco

6.915.000

6.915.000

3

Alcn

6.183.000

6.173.000

4

BHP Billiton

4.289.000

4.217.000

5

Glencore

4.005.000

3.957.000

6

Comalco

3.381.000

3.381.000

7

Rusal

3.359.000

2.944.000

8

Sual

2.071.000

2.071.000

9

Nalco

1.580.000

1.580.000

10

Hydro

1.389.000

1.363.000

11

Khác

17.673.000

15.668.000

64.342.000

61.678.000

Tổng

Từ khi được phát minh đến nay, công nghệ Bayer vẫn chiếm chủ đạo trong
công nghiệp sản xuất alumin của thế giới. Hiện nay và dự báo trong tương lai,

4