Nghiên cứu đặc tính nước thải từ khai thác chế biến quặng phóng xạ và khả năng sử dụng vật liệu khoáng để xử lý

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------------------

NGUYỄN TIẾN DẦN

NGHIÊN CỨU ĐẶC TÍNH NƯỚC THẢI TỪ KHAI THÁC CHẾ BIẾN
QUẶNG PHÓNG XẠ VÀ KHẢ NĂNG SỬ DỤNG VẬT LIỆU
KHOÁNG ĐỂ XỬ LÝ

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội - 2016


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------------------

NGUYỄN TIẾN DẦN

NGHIÊN CỨU ĐẶC TÍNH NƯỚC THẢI TỪ KHAI THÁC CHẾ BIẾN
QUẶNG PHÓNG XẠ VÀ KHẢ NĂNG SỬ DỤNG VẬT LIỆU
KHOÁNG ĐỂ XỬ LÝ

Chuyên ngành:
Mã số:

Khoa học Môi trường
60 44 03 01

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS.TSKH. Nguyễn Xuân Hải
Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG HN
TS. Nguyễn Thúy Lan
Trung tâm Môi trường Công nghiệp

Hà Nội - 2016


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu khoa học độc lập của riêng tôi.
Các thông tin trích dẫn trong luận văn đều đã được chỉ rõ nguồn gốc. Các số liệu sử
dụng, kết quả nghiên cứu nêu trong luận văn do tôi tự tìm hiểu, phân tích một cách
trung thực, khách quan, phù hợp với thực tiễn của địa bàn nghiên cứu và chưa từng
được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác.
Học viên

Nguyễn Tiến Dần


LỜI CẢM ƠN

Trong suốt quá trình học tập và hoàn thành luận văn này, tôi đã nhận
được sự hướng dẫn, giúp đỡ quý báu của các thầy cô, các anh chị và các bạn.
Với lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc tôi xin được bày tỏ lới cảm ơn chân
thành tới:
PGS.TSKH Nguyễn Xuân Hải đã hết lòng giúp đỡ, dạy bảo và tạo
mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình học tập và hoàn thành

luận văn tốt nghiệp.
Tiến sĩ Nguyễn Thúy Lan và tập thể cán bộ Trung tâm Môi trường
Công nghiệp - Viện Khoa học công nghệ Mỏ luyện kim - Bộ Công thương, các
bạn bè đồng nghiệp đã tạo mọi điều kiện giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn.
Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy giáo, cô giáo, cán bộ của Bộ Môn
Khoa học Đất đã truyền đạt kiến thức cho tôi trong quá trình học tập tại Bộ
môn, cũng như gia đình, bạn bè đã khuyến khích, động viên tạo mọi điều kiện
thuận lợi giúp tôi hoàn thành luận văn này.
Xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày 16 tháng 3 năm 2016
TÁC GIẢ LUẬN VĂN

Nguyễn Tiến Dần


MỤC LỤC
DANH MỤC BẢNG ............................................................................................... ii
DANH MỤC HÌNH ............................................................................................... iii
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT .............................................................................. iv
MỞ ĐẦU

......................................................................................................... 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU ................................................................. 3
1.1.

Thực trạng khai thác và chế biến quặng phóng xạ tại Việt Nam ........................... 3

1.2.

Tổng quan một số vật liệu khoáng trong xử lý nước thải chứa phóng xạ .............. 7

1.3. Tổng quan công nghệ xử lý nước thải phóng xạ sử dụng vật liệu khoáng tự nhiên
trên thế giới và trong nước ........................................................................................... 15

CHƯƠNG 2: MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP
NGHIÊN CỨU ...................................................................................................... 34
2.1. Mục tiêu nghiên cứu.............................................................................................. 34
2.2. Đối tượng nghiên cứu............................................................................................ 34
2.3. Nội dung nghiên cứu ............................................................................................. 34
2.4. Phương pháp nghiên cứu ....................................................................................... 35

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ............................................................. 39
3.1. Đặc tính nước thải từ khai thác và chế biến quặng phóng xạ .................................. 39
3.2. Đánh giá khả năng sử dụng một số vật liệu khoáng trong xử lý nước thải từ quá trình
khai thác và chế biến quặng phóng xạ .......................................................................... 47
3.3. Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải chứa phóng xạ trên khoáng Bentonit ........... 61

KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ ........................................................................ 68
1. Kết luận ................................................................................................................... 68
2. Khuyến nghị ............................................................................................................ 68

TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................... 70

i


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1. Quy mô công suất và sản phẩm của nhà máy dự kiến .............................. 6

Bảng 1.2. Ảnh hưởng của các dạng khoáng Zeolit cation đến khả năng hấp phụ ... 17
Bảng 1.3. So sánh hiệu quả xử lý các hạt phân phóng xạ ....................................... 24
Bảng 3.1. Hàm lượng Radi trong mẫu nước khu mỏ Kỳ Khang và Cẩm Xuyên Hà
Tĩnh ....................................................................................................................... 40
Bảng 3.2. Hàm lượng các nguyên tố phóng xạ và KLN trong phần thải lỏng ......... 44
Bảng 3.3. Kết quả phân tích thành phần hóa học trong mẫu nước thải của mẫu
nghiên cứu công nghệ chế biến quặng Urani mỏ Pà Lừa, Quảng Nam .................. 45
Bảng 3.4. Thành phần các nguyên tố hóa học trong một số mẫu nước thải của quá
trình chế biến U sử dụng H2SO4 ............................................................................ 46
Bảng 3.5. Xác định dung lượng hấp phụ của Zeolit đối với Urani và Thori ........... 47
Bảng 3.6. Thời gian đạt cân bằng hấp phụ của Zeolit với Urani và Thori.............. 48
Bảng 3.7. Nồng độ U và Th trong dung dịch sau khi hấp phụ ................................ 51
Bảng 3.8. Khả năng hấp phụ Urani và Thori của Zeolit NaA – CN93 .................... 52
Bảng 3.9. Ảnh hưởng của thời gian đến độ hấp phụ của Laterit với U và Th ........ 53
Bảng 3.10. Ảnh hưởng của pH tới khả năng hấp phụ của vật liệu. ......................... 55
Bảng 3.11. Khả năng hấp phụ Urani của vật liệu .................................................. 57
Bảng 3.12. Ảnh hưởng của thời gian tới khả năng hấp phụ các ion kim loại trên
Bentonit ................................................................................................................. 58
Bảng 3.13. Ảnh hưởng của pH dung dịch tới khả năng hấp phụ các ion kim loại trên
Bentonit ................................................................................................................. 59
Bảng 3.14. Dung lượng hấp phụ trên Bentonit, Laterit và Zeolit............................ 61
Bảng 3.15. Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất hấp phụ ion UO22+ , Th4+, trên VLHP
.............................................................................................................................. 63
Bảng 3.16. Các số liệu thực nghiệm xác định dung lượng hấp phụ ........................ 64
Bảng 3.17. Kết quả xử lý nước thải của quá trình chế biến quặng Urani ............... 66

ii


DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1. So sánh khả năng hấp phụ của các vật liệu khác nhau đối với U............. 21
Hình 1.2. Sự hấp phụ các chất phóng xạ Sr2+ (▲), Am3+(×) và Eu3+ (•) lên Apatite II
trong dung dịch NaNO3 0,01 mol/dm–3 với các giá trị pH tương đương[31] ......... 22
Hình 3.1. Sơ đồ thủy luyện quặng U bằng phương pháp hòa tách đống ................. 43
Hình 3.2. Đặc tính hấp phụ U và Th của Zeolit NaA-CN93 theo thời gian............. 49
Hình 3.3. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của độ pH dung dịch đến khả năng hấp phụ
Urani và Thori của Zeolit NaA-CN93.................................................................... 50
Hình 3.4. Đặc tính hấp phụ đồng thời của Zeolit NaA – CN93 đối với Urani và
Thori ..................................................................................................................... 51
Hình 3.5. Đồ thị thể hiện sự ảnh hưởng của thời gian đến khả năng hấp phụ của vật
liệu Laterit ............................................................................................................. 54
Hình 3.6. Đồ thị thể hiện sự ảnh hưởng của độ pH đến khả năng hấp phụ của vật
liệu Laterit ............................................................................................................. 56
Hình 3.7. Ảnh hưởng của thời gian tới khả năng hấp phụ các ion kim loại trên
Bentonit ................................................................................................................. 59
Hình 3.8. Ảnh hưởng của pH dung dịch tới khả năng hấp phụ các ion kim loại trên
Bentonit ................................................................................................................. 60
Hình 3.9. Ảnh hưởng của pH đến quá trình hấp phụ ion UO2+2 , Th4+ trên VLHP .. 64
Hình 3.10. Đường cong hấp phụ của UO2+2 , Th4+ trên VLHP ............................... 65

iii


DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

Bq

Becơren

BKHVCN

Bộ Khoa học và Công nghệ

CP

Cổ phần

ĐTM

Đánh giá tác động môi trường

EDTA

Ethylendiamin Tetraacetic Acid

KCN

Khu công nghiệp

KTCB

Khai thác chế biến

KVN

Khoáng vật nặng

HSPL

Hệ số pha loãng

MTV

Một thành viên

QCVN

Quy chuẩn Việt Nam

REE

Rare Earth Elements (Các nguyên đất hiếm)

REO

Ôxit đất hiếm (Rare Earth Oxides)

TREO

Tổng lượng ô xit đất hiếm (Total Rare Earth Oxides)

TCVN

Tiêu chuẩn Việt Nam

TNHH

Trách nhiệm hữu hạn

Th

Thori

U

Urani

UBND

Ủy ban nhân dân

VLHP

Vật liệu hấp phụ

iv


MỞ ĐẦU
Quặng phóng xạ được hiểu là các quặng Urani, Thori, Titan, đất hiếm
mà trước hết là Urani và các loại khoáng sản cộng sinh đồng hành với các
chất phóng xạ. Trong các loại khoáng sản cộng sinh đồng hành với các chất
phóng xạ ở nước ta, có hai loại khoáng sản có trữ lượng lớn nhất, đã, đang và
sẽ được đầu tư khai thác, chế biến với quy mô lớn nhất là quặng sa khoáng
Titan ven biển và quặng đất hiếm. Đối với quặng Urani, hiện nay nước ta mới
chỉ nghiên cứu trên quy mô pilot.
Theo ngân hàng dữ liệu các mỏ Titan toàn quốc - Tài liệu địa chất
2005, trên địa bàn 13 tỉnh ven biển nước ta có 26 mỏ Titan chứa phóng xạ đã
và đang được khai thác, chế biến với quy mô và mức độ khác nhau.
Trên cơ sở các nghiên cứu và điều tra khảo sát của luận văn, tác giả tập

trung trình bày nguồn gốc phát sinh, đặc tính và nghiên cứu khả năng xử lý
nước thải phóng xạ trong khai thác, chế biến quặng sa khoáng Titan ven biển,
quặng đất hiếm và quặng Urani.
Theo quy định tại Dự thảo Thông tư liên tịch giữa Bộ Khoa học và
Công nghệ và Bộ Tài nguyên và Môi trường Quy định về bảo đảm an toàn
bức xạ trong thăm dò, khai thác, chế biến quặng phóng xạ, quặng phóng xạ
bao gồm: quặng Urani và Thori; các loại quặng khác làm phát sinh các sản
phẩm thứ cấp hoặc chất thải có hàm lượng các nhân phóng xạ có nguồn gốc
tự nhiên lớn hơn mức miễn trừ khai báo, cấp giấy phép theo quy định tại Quy
chuẩn kỹ thuật quốc gia QCVN 05:2010/BKHCN về an toàn bức xạ - miễn
trừ khai báo, cấp giấy phép.
Trong các nguồn phát thải ra môi trường thì nước thải chứa phóng xạ
có nguy cơ gây ô nhiễm và lan rộng hơn cả. Nước thải từ quá trình khai thác
và chế biến quặng Titan, quặng đất hiếm, quặng Urani chứa nhiều thành phần
phóng xạ như Urani, Thori vượt ngưỡng cho phép nhiều lần. Các nghiên cứu
để xử lý các thành phần phóng xạ trong nước đang được các nhà khoa học

1


trên thế giới và trong nước tiến hành với nhiều hướng khác nhau. Trên cơ sở
hiện trạng khai thác chế quặng phóng xạ trên lãnh thổ nước Việt Nam, cũng
như sự có sẵn các vật liệu tự nhiên có khả năng xử lý nước thải phóng xạ, tác
giả tiến hành đề tài: “Nghiên cứu đặc tính nước thải từ khai thác chế biến
quặng phóng xạ và khả năng sử dụng vật liệu khoáng để xử lý”. Đề tài tiến
hành nhằm một số mục tiêu như sau:
Nghiên cứu thực trạng phát sinh, đặc điểm của nước thải từ quá trình
khai thác và chế biến quặng phóng xạ ở Việt Nam.
Nghiên cứu, đánh giá khả năng sử dụng một số vật liệu khoáng (Zeolit,
Laterit, Bentonit) trong xử lý mẫu chuẩn chứa phóng xạ trong phòng thí

nghiệm.
Nghiên cứu, đánh giá khả năng xử lý của vật liệu khoáng có khả năng
xử lý nước thải chứa phóng xạ từ thực nghiệm.

2


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1.

Thực trạng khai thác và chế biến quặng phóng xạ tại Việt Nam

1.1.1. Khai thác và chế biến quặng Titan
Ngành khai thác và chế biến Titan ở Việt Nam đã có bề dày hàng chục
năm phát triển, từ quy mô tự phát với công nghệ lạc hậu và hiện nay ngành
Titan đã có những bước phát triển mạnh mẽ cả về kỹ thuật và quy mô sản
xuất. Ngành Titan nước ta đã có những vị trí nhất định trong ngành Titan thế
giới với tư cách là nhà cung cấp nguyên liệu cho các tập đoàn và công ty lớn
như Công ty Dupont, Sumitomo, Sakai, Tayca (Nhật); Cosmo (Hàn Quốc).
Trong vài năm qua, ngành đã đóng góp một phần không nhỏ về mặt kinh tế xã hội như tạo công ăn việc làm cho hàng vạn nguời lao động, dịch chuyển cơ
cấu sản xuất và đa dạng hóa sản phẩm, phát triển cơ sở hạ tầng khu vực như
điện, trường học, đường giao thông, đưa nền công nghiệp địa phương nơi có
ngành khai thác Titan và các khu vực lân cận phát triển, cải thiện đời sống
nhân dân các tỉnh nghèo ven biển, đặc biệt là đối với các tỉnh ven biển miền
Trung và Nam Trung Bộ như Hà Tĩnh, Quảng Nam và Bình Định.
a) Về khai thác và tuyển quặng:
Theo báo cáo của Vụ Công nghiệp nặng, Bộ Công Thương tại Hội nghị
thường niên Hiệp hội Titan Việt Nam 2014 thì đến thời điểm hiện tại trên địa
bàn cả nước còn khoảng 30 giấy phép khai thác khoáng sản Titan còn hiệu
lực, trữ lượng theo giấy phép khoảng 15 triệu tấn khoáng vật nặng (KVN),

công suất khoảng 1,2 triệu tấn /năm.
Theo thống kê sản lượng khai thác Titan từ năm 2006-2013 khoảng 5,2
triệu tấn KVN. Công nghệ khai thác, tuyển Titan được các doanh nghiệp sử
dụng theo hình thức cuốn chiếu, sử dụng máy bơm hút kết hợp hệ thống tuyển
thô bằng vít đặt trên bè di động theo khai trường, thải trong (hồ thải liên thông
với hồ khai thác, thu hồi nước tuần hoàn ngay trong hồ).
Đối với tuyển quặng tinh, sử dụng vít có rãnh, gờ để tận thu cỡ hạt mịn,
3


tăng thực thu trong khâu tuyển thô cũng như tuyển vét trong tuyển tinh và sử
dụng công nghệ tuyển từ ướt có cường độ cũng như hạn chế ô nhiễm môi
trường do nóng, bụi, khí độc phát sinh trong quá trình sấy. Đây là hình thức
khai thác-tuyển được sử dụng rộng rãi ở các nước trong khu vực và trên thế
giới (chủ yếu đối với quặng sa khoáng).
Công nghệ thiết bị sử dụng cho khai thác-tuyển quặng Titan chủ yếu
nhập khẩu từ Trung Quốc, đầu tư chủ yếu tự phát. Nhà nước chưa có tiêu
chuẩn, quy chuẩn nào cho công nghệ, thiết bị sử dụng, cũng như chưa định
hướng cho doanh nghiệp phải xây dựng công nghệ khai thác-tuyển hiện đại,
thân thiện với môi trường.
Các mỏ Titan thường nằm phân tán, việc phát triển nóng ở một số địa
phương dẫn tới cấp phép cho nhiều doanh nghiệp, ý thức hợp tác, liên kết để
đầu tư cho các tổ hợp khai thác, tuyển quặng Titan quy mô lớn giữa các doanh
nghiệp trong nước còn hạn chế. Do vậy còn tồn tại nhiều cơ sở khai thác, chế
biến quy mô nhỏ, công nghệ lạc hậu, gây ô nhiễm môi trường.
b) Về chế biến sâu quặng Titan:
Tính đến nay trên địa bàn cả nước mới có 2 nhà máy sản xuất ilmenit
hoàn nguyên công suất 20.000 tấn/năm và 5 nhà máy luyện xỉ đã sản xuất giai
đoạn 1 với công suất 84.000 tấn/năm (Thái Nguyên có 1 nhà máy; Bình Định
có 3 nhà máy và Huế có 1 nhà máy) và có khoảng 11 dây chuyền/xưởng

nghiền bột zircon mịn, siêu mịn, rutil mịn.
Các dự án rutil nhân tạo và Titan pigment đến nay vẫn chưa thực hiện
được.
Việc đầu tư các dự án này chậm theo tiến độ, có nhiều nguyên nhân dẫn
tới sự chậm trễ này. Song nguyên nhân chủ yếu do một số doanh nghiệp được
cấp phép tận thu ngắn hạn, thiếu khả năng tài chính để đầu tư. Ngoài một số
sản phẩm như Pigment, Titan xốp, Titan kim loại chưa tìm được đối tác
chuyển giao công nghệ.

4


Về công nghệ chế biến đối với xỉ Titan chủ yếu sử dụng lò điện hở và
bán kín, công nghệ nghiền zircon chủ yếu nghiền ra các sản phẩm mịn. Hiện
tại mới chỉ có Mitraco và Công ty CP Đất Quảng – Chu Lai là đã lắp đặt đi
vào sử dụng công nghệ nghiền của Tây Ban Nha và Italia đạt sản phẩm siêu
mịn.
1.1.2. Khai thác và chế biến quặng đất hiếm
Công tác nghiên cứu làm giàu, chế biến và sử dụng đất hiếm được Nhà
nước và các nhà khoa học đặc biệt quan tâm bắt đầu từ những năm 1970 tới
nay. Nhiều nghiên cứu cấp Bộ, ngành, cơ sở cũng đã thu được nhiều kết quả
trong quy mô phòng, bán công nghiệp và cũng có một số đề tài sản xuất thử
công nghiệp hàng chục tấn, nhiều dự án sản xuất thử công nghiệp được xây
dựng.
Mặc dù công tác thăm dò, đánh giá trữ lượng cũng như nghiên cứu từ
khai thác, tuyển đến chế biến và ứng dụng đất hiếm đã thu được nhiều kết quả
tốt nhưng cho đến nay Việt Nam vẫn chưa xây dựng và hình thành công
nghiệp đất hiếm. Tuy nhiên, theo quy hoạch phát triển thể hiện ở Quyết định
số 25/2008/QĐ-BCT ngày 4/8/2008 của Bộ Công Thương về việc phê duyệt
quy hoạch phân vùng thăm dò, khai thác, chế biến và sử dụng quặng đá quý,

đất hiếm và Urani giai đoạn đến 2015, có xét đến năm 2025 thì định hướng
phát triển ngành công nghiệp Đất hiếm được xác định với một số mục tiêu:
đến năm 2015, KTCB các sản phẩm Oxyt đất hiếm riêng rẽ với tổng sản
lượng đạt 10.000 tấn REO, sản xuất được một số kim loại đất hiếm với quy
mô nhỏ. Đến 2025 sẽ nâng sản lượng lên gấp đôi, đạt 20.000 tấn REO/năm và
phấn đấu sản xuất được một số sản phẩm ứng dụng của đất hiếm.
Khai thác, chế biến đất hiếm tại Mỏ đất hiếm Đông Pao, Lai Châu
Việc khai thác đất hiếm trước đây do Liên đoàn Địa chất 10 và Công ty
Đất hiếm Teraprodex triển khai nhưng chủ yếu khai thác mỏ Đông Pao,
100.000 tấn Barit và Fluorrit /năm và khoảng 30.000 tấn đất hiếm/năm. Gần
5


đây mỏ này đã được giao cho Công ty CP Đất hiếm Lai Châu-Vimico. Công
ty này được Nhà nước giao cho quản lý toàn bộ mỏ và lập dự án đầu tư xây
dựng khai thác, chế biến quặng đất hiếm với công suất 30.000 tấn/năm Oxit
đất hiếm riêng rẽ trong đó có 10.000 tấn/năm hợp tác với Nhật Bản. Công ty
đã lập xong dự án 2 giai đoạn (giai đoạn 1: 2012-2017, công suất 20.000
tấn/năm; giai đoạn 2 (sau 2017) công suất 30.000 tấn/năm). Dự án hiện đang
được trình lên các cấp có thẩm quyền phê duyệt để có thể triển khai dự án.
Khu đất xây dựng nhà máy thủy luyện đất hiếm Đông Pao- Lai Châu
thuộc địa phận xã Bản Hon, huyện Tam Đường, tỉnh Lai Châu. Khu đất nằm
gần thân quặng F3 và F7. Ranh giới khu đất cách ranh giới khai thác mỏ
khoảng 1 km, cách nhà máy tuyển số 1 khoảng 1,2 km và cách nhà máy tuyển
số 2 khoảng 4km.
Chế biến sâu quặng tinh đất hiếm Đông Pao bằng phương pháp thủy
luyện đến tổng oxit đất hiếm để cung cấp cho Nhà máy chiết tách đất hiếm
(cũng do Công ty Cổ phần Đất hiếm Lai Châu đầu tư, được xây dựng tại KCN
Nam Đình Vũ - Hải Phòng); Thực hiện Quy hoạch công nghiệp về thăm dò,
khai thác, chế biến, sử dụng quặng đất hiếm của Chính phủ, Bảo vệ môi

trường, phát triển bền vững.
Mục tiêu công suất và lượng sản phẩm, như sau:
Bảng 1.1. Quy mô công suất và sản phẩm của nhà máy dự kiến
Năm
1

Giai đoạn sản xuất của nhà máy

Tấn
/năm

Đơn vị

Quy mô công suất tính theo quặng tinh
cấp vào nhà máy (từ nhà máy tuyển quặng 25.300
đất hiếm Đông Pao)
Sản phẩm tổng oxit đất hiếm (Ln2O3),
11.000
chất lượng 97-98% (đầu ra của nhà máy)

6

Năm
2-3

Năm
4

Năm
(5-35)

Tấn
/năm

Tấn
/năm

Tấn /năm

50.600

63.500

75.900

22.000

27.500

33.000


Mỏ đất hiếm – phóng xạ Nam Nậm Xe
Mỏ đất hiếm – phóng xạ Nam Nậm Xe, nằm về phía Nam mỏ Bắc Nậm
Xe (bên bờ nam suối Nậm Xe), thuộc địa phận xã Nậm Xe, huyện Phong Thổ,
tỉnh Lai Châu. Mỏ đã thăm dò trong diện tích 16km2 và có tọa độ các điểm
hóc hệ tọa độ VN.2000, múi chiếu 6o, KKT 105o) như sau:
Mỏ đất hiếm – phóng xạ Nam Nậm Xe, có 35 khoáng vật, là mỏ có quy
mô lớn về tài nguyên đất hiếm nhưng tài nguyên phóng xạ đi kèm lại quá nhỏ.
Trữ lượng và tài nguyên phóng xạ đi kèm của mỏ được xác định cho 5 thân

quặng I, II, III, IV và IVa như sau:
- Urani: 321 tấn U3O8 cấp 333 (EAR-I/A+B) với hàm lượng trung bình
cộng toàn mỏ là 0,0174 %;
- Thori: 3,2 tấn ThO2 cấp 333(EAR-I/A+B) với hàm lượng trung bình
cộng toàn mỏ là 0,173%.
1.2.

Tổng quan một số vật liệu khoáng trong xử lý nước thải chứa
phóng xạ

1.2.1. Silicagel
Silicagel là một chất hấp phụ có thành phần hóa học chủ yếu là silic
oxit SiO2 có cấu trúc rất xốp. Sản phẩm silicagel lưu hành trên thị trường
thường chia làm hai loại: mao quản lớn và mao quản nhỏ, loại mao quản nhỏ
có dung lượng hấp phụ cao hơn; loại mao quản lớn dùng cho những mục đích
đặc thù như làm chất hấp phụ trong phân tích sắc kí, loại này trước khi sử
dụng thường được biến tính bề mặt.
Silicagel được sử dụng chủ yếu làm chất hút ẩm, một phần làm chất
mang xúc tác, đã từng sử dụng làm mặt nạ phòng độc, tinh chế dầu mỏ. Trong
phân tích nó chủ yếu được sử dụng làm chất hấp phụ hay chất mang sắc kí.
Gần đây có một số nghiên cứu ứng dụng silicagel để xử lý nước thải chứa kim
loại nặng và chất phóng xạ. [15]

7


1.2.2. Zeolit
Zeolit là tên gọi một nhóm khoáng chất alumosilicat cấu trúc tinh thể,
thành phần hóa học chủ yếu gồm nhôm oxit và silic oxit sắp xếp theo một trật
tự nào đó và với tỉ lệ nhất định. Trật tự sắp xếp và tỉ lệ Al: Si dẫn đến các loại

Zeolit khác nhau. Ngoài thành phần hóa học chính kể trên trong Zeolit còn
tồn tại các ion dương (hóa trị 1, 2, 3) không gắn vào vị trí cố định, nó linh
động và có thể trao đổi được với các ion khác nên ngoài tính năng hấp phụ
Zeolit còn là chất trao đổi ion.
Zeolit có nguồn gốc tự nhiên hay loại tổng hợp. Sự hình thành Zeolit tự
nhiên được cho là do quá trình tác dụng lâu dài của dung dịch muối khoáng
có tính kiềm lên các loại khoáng vật ở nhiệt độ cao (100 – 300oC). Vì vậy sẽ
là điều ít ngạc nhiên là nhiều loại Zeolit được phát hiện ở gần những vùng
quặng nóng hay ở các vùng núi lửa đã từng hoạt động. Ví dụ mordenit được
phát hiện ở vùng núi lửa Mordern – Kings ở Mỹ.
Silicat – muối của axit silic, có thể coi là hợp chất của silic với oxy,
SiO2. Về mặt cấu trúc, nó tạo thành các khối tứ diện, nguyên tử silic nằm ở
trung tâm. Trong cấu trúc mạng tứ diện [SiO4] có thể được thay thế bởi các
mạng tứ diện của nhôm [AlO4]- , của bo [BO4]- hay beri [BeO4]- , các khoáng
vật này có tên tương ứng là alumosilicat, borosilicat và beryllosilicat.
Zeolit thuộc khoáng alumosilicat tinh thể có công thức hóa học tổng
quát Me2/nO Al2O3 nSiO2 pH2O. Phụ thuộc vào trật tự liên kết giữa [AlO4]và [SiO4] trong mạng tinh thể người ta có thể chia Zeolit thành sáu nhóm [8]:
natrolith, harmotom, mordenit, chabasit, faujasit và analcit.
Rất nhiều nước sản xuất và Zeolit được lưu hành rộng rãi với tư cách là
thương phẩm, sau đây là một số loại với một số đặc tính kỹ thuật và lĩnh vực
sử dụng.
Linde 3A. Sản phẩm của Union Carbid Corp. Linde Co. USA. Đường
kính mao quản 3,8 Ao, có thể hấp phụ các chất có đường kính phân tử 3,8 Ao.

8


Công thức hóa học: (0,96  0,04) Na2O. 1,0 Al2O3. (1,92  0,09)SiO2. nH2O;
75% Na+ được trao đổi với K+. Nó được sử dụng để sấy khô (hấp phụ hơi
nước) các khí CO2, hỗn hợp CO2 và H2S, hydrocarbon các loại. Tương tự tính

năng với Linde 3A có: Z – 12K (Mỹ), Bayer Zeolith S10 (Đức), Zeosorb 3A
Wolfen (Đông Đức), Potassti 3A (Tiệp), các loại KA (Liên Xô).
Linde 4A (Mỹ). Đường kính mao quản 4,2 Ao có thể hấp phụ được các
loại hydrocarbon nhẹ (etan, propylen, acetylen), SO2, H2S, không hấp phụ
được loại cao hơn. Công thức hóa học giống như Linde 3A, dạng Na+ thuần
tuý. Nó được sử dụng để tách các tạp chất kể trên khỏi hỗn hợp và sấy khô.
Tương tự với Linde 4A có: Linde 4A xw, Linde 4A XH (Mỹ), Z – 12 Na
Microtrap (Mỹ), ICD 05050 – Typ 180 (Mỹ), Zeosorb 4A (Đức), Nalcit 4A
(Cộng hòa Séc), NaA – số thứ tự (Liên bang Nga), Bayer Zeolith T10 (Đức),
Siliporit K10 (Anh), 4A Sodawerke (Ba Lan).
Riêng loại Linde 4A XW giống cấu trúc của Linde 4A, khác ở chỗ hàm
lượng chất kết dính thấp hơn 15%, độ bền cơ học cao hơn (gấp đôi), khối
lượng riêng biểu kiến lớn hơn Linde 4A, dung lượng hấp phụ cao hơn Linde
4A 30 – 40%. Loại này chỉ dùng để sấy khô.
Loại Linde 4A XH chỉ dùng để sấy khô khí trong kỹ thuật lạnh, các khí
lạnh phá hủy nó.
Linde 5A (Mỹ). Đường kính mao quản 5 Ao. Nó hấp phụ hydrocarbon
tới C22, iso – paraffin, hợp chất thơm (trừ cyclo propan) không hấp phụ. Công
thức hóa học giống Linde 4A trong đó 75% Na+ được thay thế bằng Ca2+. Nó
được sử dụng để tách n- paraffin, trong phân tích sắc kí. Tương tự tính năng
với Linde 5A có: Linde AW 400, Linde AW 500, Z – 12 Ca Microtrap (Mỹ),
Zeosorb 5A (Đông Đức), Calsit 5A (Cộng hòa Séc), CaA + số thứ tự (Liên
bang Nga), Bayer Zeolith K10 (Đức), Siliporit K20 (Anh), 5A (Ba Lan).
Linde 10X (Mỹ). Đường kính mao quản 8 Ao. Công thức hóa học (0,83
 0,05) Na2O. 1,0 Al2O3. (2,48  0,03)SiO2. nH2O. 75% Na+ được thay thế
9


bởi Ca2+. Nó được sử dụng để tách chất, kỹ thuật chân không và xúc tác.
Tương tự tính năng với Linde 10X có: Zeolon Na (Mỹ), Zeosorb 10X (Đức),

Calsite 10X (Tiệp), CaX + số thứ tự (Liên bang Nga).
Linde 13X (Mỹ). Đường kính mao quản 9 Ao. Công thức hóa học giống
Linde 10X, thuần tuý dạng Na+. Nó được sử dụng để tách chất, trong kỹ thuật
chân không, xử lý các khí và hơi nhiễm phóng xạ. Tương tự với tính năng của
Linde 13X có: Zeolon H (Mỹ), Zeosorb 13X (Đức), Nalcit 13X (Cộng hòa
Séc), NaX + số thứ tự (Liên bang Nga).
Zeolit dạng NaA và NaX dạng bột có một số thông số liên quan đến
cấu trúc như sau: diện tích bề mặt trong 700 – 800 m2/g, độ xốp 45% (NaA),
51% (NaX), khối lượng riêng thực khi no nước (không sấy) 1,99 và 1,93
g/cm3 cho NaA và NaX, khi sấy khô tương ứng là 1,55 và 1,53 g/cm3 [24],
[25].
Những năm gần đây, ở Việt Nam có tiến hành một số nghiên cứu chế
tạo Zeolit dạng A, X từ sét caolin và đạt được một số kết quả nhất định. Việc
sản xuất ổn định để có được một mặt hàng Zeolit đã không được thực hiện, rất
có thể do nhu cầu không nhiều, chất lượng chưa cao. Gần đây Zeolit AlPO4-5,
ZSM được nghiên cứu tổng hợp và khảo sát các ứng dụng [35], [36], [37].
1.2.3. Bentonit
Thành phần chủ yếu của sét Bentonit là Montmorilonite có công thức
chung (của một nửa tế bào gồm 3 lớp, 2 silic và 1 nhôm) Al2Si4O10(OH)2.
Bình thường cấu trúc này của pyrophyllit sẽ trung hòa điện tích nhưng do sự
thay thế đồng hình của các cation hóa trị 2 (Mg2+, Fe2+) với nhôm trong khối
tám cạnh và nhôm (III) trong khối tứ diện mạng sẽ tích điện âm. Mức độ thay
thế đồng hình chủ yếu xảy ra ở khối tám mặt và đối với từng nguồn có sự thay
đổi đáng kể. Để trung hòa điện tích của mạng, sét tiếp nhận các cation từ
ngoài vào với nồng độ 70 – 150 mđl/100 g. Chỉ một phần rất nhỏ các cation
định vị ở mặt ngoài của mạng, phần lớn định vị tại vùng không gian giữa các

10

lớp. Trong khoáng montmorillonit và vermiculit các cation này có thể trao đổi
được với các cation khác ngoài dung dịch. Trong khoảng không gian giữa các
lớp còn tồn tại nước và nước có xu hướng tạo vỏ hydrat với cation trong đó.
Nước của lớp vỏ hydrat được sắp xếp trong không gian giữa các lớp theo từng
lớp nguyên (số nguyên) phụ thuộc vào độ ẩm và bản chất cation trong đó. Ví
dụ đối với các ion kiềm kích thước nhỏ (Li+, Na+) tồn tại bốn lớp nước dạng
vỏ hydrat. Sự có mặt của số nước đó làm giãn khoảng cách cơ sở (từ mặt
phẳng oxy của lớp silic đến lớp tiếp theo) từ 9,5 Ao (không có nước) lên 22,5
Ao khi bão hòa nước. Trong một số trường hợp khoảng cách này có thể dãn
tới vài chục nanomet (vài trăm Ao).
Các chất hấp phụ khoáng sét thường được sử dụng để hấp phụ chất hữu
cơ, các polyme, vi khuẩn, một số các phức chất hoặc kim loại trong môi
trường nước.
Sản phẩm biến tính – chủ yếu là hoạt hóa với axit, sét attpulgit và
montmorillonit dùng để hấp phụ màu và các tạp chất trong dầu thực vật và có
tên gọi là sét tẩy trắng.
1.2.4. Laterit
Ở Đông Nam Á và Australia các thành tạo Laterit đã được L. A.
Prescott và H.L Pendleton (1952) nghiên cứu. Giống như Francis Buchanan,
các tác giả này quan niệm Laterit là loại đá có các đặc tính làm vật liệu xây
dựng đặc biệt, chứa sắt dạng khối kết cứng hay kết vón rắn chắc hoặc là các
thành tạo mềm bở nhưng khi phơi khô thì chúng trở nên rắn chắc. Pendleton
đã gọi Laterit là tầng chứa sắt tại chỗ được tạo thành do sự mang đến các oxit
sắt vào các trầm tích cát và cuội. Tại Châu Phi và đảo Madagascar người ta
coi Laterit không chỉ là các sản phẩm phong hóa Laterit tại chỗ mà còn gồm
các các sản phẩm của quá trình tái trầm tích cơ học và hóa học nữa.
Năm mươi năm gần đây nhiều nhà khoa học đất tập trung vào nghiên
cứu Laterit và đã đóng góp được những kinh nghiệm chuyên môn vào quá

11

trình thành tạo đất. Vai trò chủ đạo có thể thấy ở sự vận chuyển và lắng đọng
của sắt hòa tan (tích tụ sắt tuyệt đối) trái hẳn với việc luận giải bằng sự làm
giàu tại chỗ (tương đối) do sự mang đi của silic và các nguyên tố hòa tan
khác. Điều này giả thiết rằng sắt được di chuyển từ các tầng dưới sâu lên (lý
thuyết về sự vận chuyển mao dẫn trước đây), từ đất phía trên xuống và tích tụ
ở các “tầng bồi tụ” sâu hơn, theo chiều ngang trong nước ngầm và tích tụ ở
giữa khoảng dao động của mực nước ngầm (“Laterit nước ngầm”). Các nhà
khoa học khác lại thiên về nguồn gốc của sắt từ các vùng cao của cảnh quan
(bình nguyên, các quả đồi thấp) và lắng đọng ở các phần sâu hơn trên các
chân dốc. Các nhà địa mạo thậm chí còn cho rằng tất cả Laterit được thành
tạo bằng các quá trình đó và các vị trí thường gặp trên đỉnh bình nguyên
(plateau) gây nên bởi sự nghịch đảo tiếp theo của địa hình.
Khoáng Laterit được chế tạo đặc biệt chuyên lọc asen, mangan và các
kim loại nặng trong nước.
1.2.5. Apatite
Apatit là tên gọi chung của nhóm các khoáng vật có công thức chung là
Ca5(PO4)3(OH, F, Cl). Apatit có khả năng cố định các kim loại. Do nó có
cung cấp PO4 tạo phản ứng kết tủa với kim loại nặng. Apatit cũng tạo điều
kiện cho kim loại kết tủa ở các dạng khác như cacbonat, oxit, hydroxit. Các
kim loại nặng có thể thay thế vị trí Ca trong cấu trúc của apatit. Quặng tự
nhiên của apatit ở dạng kết tinh khó phân hủy, không tan trong nước và có
tính kiềm yếu.
Do có cấu trúc hóa học đặc biệt nên apatit có khả năng cố định các kim
loại nặng, đồng thời cũng có tác dụng xử lý một phần chất hữu cơ, vi khuẩn
coliform, chất rắn lơ lửng trong nước thải. Một số tài liệu còn cho rằng, apatit
có khả năng xử lý những kim loại nặng nào mà tích số tan của kim loại đó với
PO43- nhỏ hơn tích số tan của Ca3(PO4)2.
Trong quá trình xử lý nước thải, đồng thời với quá trình xử lý kim loại

12


nặng và các thành phần khác một lượng nhỏ các hợp chất của photpho cũng
được hòa tan vào trong nước, cung cấp thêm dinh dưỡng cho thực vật thủy
sinh và vi sinh vật, tạo điều kiện.thuận lợi cho quá trình xử lý sinh học sau
này. Do đó, trong nhiều công nghệ xử lý nước thải (như nước thải chế biến
gỗ), apatit được sừ dụng như là một nguồn dinh dưỡng thay thế cho axit
photphoric đề tạo tỷ lệ thích hợp với cacbon và nitơ. Người ta có thể sử dụng
apatit trong công nghệ xử lý nước thải chứa kim loại nặng trong các ngành mạ
điện, cơ khí, luyện kim và chế biến gỗ.
Dùng apatit để xử lý kim loại nặng trong đất là phương pháp mới đã
được ứng dụng ở nhiều nước trên thế giới với các tên gọi khác nhau như insitu remediation technicques (Canada), photphat - induce metal stabilization
(Mỹ).
Như chúng ta đã biết, kim loại nặng trong đất có khả năng gây nhiễm
độc cho thực vật, động vật và cho con người cũng như hệ sinh thái nói chung.
Tuy nhiên, chúng ta không thể đánh giá mức độ nguy hại của kim loại nặng
đối với hệ sinh thái đất một cách đơn giản thông qua việc xác định tổng lượng
kim loại nặng trong đất vì mức độ nguy hại phụ thuộc vào trạng thái tồn tại
của kim loại nặng. Chúng có thể tồn tại ở trạng thái phản ứng (linh động), hay
không phản ứng (cố định). Chính bởi vậy, cơ sở của việc xử lý kim loại nặng
trong đất là việc cổ định các kim loại nặng, ngăn chặn chúng chuyển sang
trạng thái linh động. Apatit có khả năng xử lý hầu hết các kim loại nặng và
chất phóng xạ như: đồng, asen, kẽm, Thori, actini, Urani, plutoni và nhất là
chì. Apatit có khả năng cố định một lượng kim loại nặng bằng 20% khối
lượng của nó. Tác dụng cô lập này đạt được trong thời gian rất ngắn (10 - 20
phút) kể từ khi trộn apatit với đất bị nhiễm kim loại nặng. Apatit có được khả
năng trên là do nó cung cấp PO4-3 tạo phản ứng kết tủa với kim loại nặng.
Khi trộn lẫn apatit với đất sẽ tạo hệ đệm mới trong dung dịch đất.

Apatit cũng tạo điều kiện cho kim loại nặng kết tủa ở các dạng khác như

13


cacbonat, oxit, hyđroxit. Các kim loại nặng có thể thay thế vị trí canh (Ca)
trong cấu trúc của apatit.
Do yêu cầu của vật liệu xử lý kim loại nặng là ít flo, ít hoặc không có
kim loại nặng đi kèm, nhiều thành phần cacbonat, có độ xốp thích hợp, nên
không phải loại apatit nào cũng có khả năng xử lý kim loại nặng. Trong hầu
hết các nghiên cứu và ứng dụng người ta chỉ sử dụng apatit loại IV (5%) là
thích hợp.
Như đã trình bày ở trên, chưa có công nghệ nào có thể tách được hoàn
toàn kim loại nặng ra khỏi đất mà chỉ có thể vô hiệu hóa tác động gây độc của
chúng đối với sinh vật, cũng như ngăn chặn khả năng lan truyền của chúng.
Bởi vậy giải pháp đề ra ở đây là trộn bột apatit loại 5% với đất bị nhiễm kim
loại nặng.
Rác thải chứa kim loại nặng được coi là chất thải nguy hại và được xử
lý bằng biện pháp chôn lấp theo quy trình kỹ thuật riêng. Nếu nền đáy bãi thải
được lót bằng vật liệu là bột apatit thì các kim loại nặng sẽ không thấm được
xuống các tầng nước ngầm. Apatit cũng có thể được sử dụng kết hợp với vật
liệu sét truyền thống làm lớp lót bãi thải. Ngoài ra, apatit bột còn được sử
dụng kết hợp với vữa xi măng để xây dựng bồn, bể chứa chất thải có chứa các
kim loại nặng đặc biệt nguy hại.

14


1.3.

Tổng quan công nghệ xử lý nước thải phóng xạ sử dụng vật liệu
khoáng tự nhiên trên thế giới và trong nước

1.3.1. Tổng quan thế giới
a) Xử lý nước thải phóng xạ bằng vật liệu composit
Việc lựa chọn vật liệu trao đổi ion phụ thuộc rất nhiều vào thành phần
hóa học của nước thải. Năm 2008, nhóm tác giả REN Jun-shu, MU Tao,
ZHANG Wei và YANG Sheng-ya thuộc Viện Hàn lâm Vật lý Kỹ thuật Trung
Quốc (China Academy of Engineering Physics) đã tiến hành nghiên cứu sự
ảnh hưởng của thành phần hóa học của nước thải tới hiệu suất trao đổi ion của
vật liệu composit bằng cách tiến hành thí nghiệm kết hợp hấp phụ tĩnh và
động để loại bỏ U trong nước thải. Kết quả thực nghiệm cho thấy hiệu quả
hấp phụ của loại composit nghiên cứu đã giảm khi có sự xuất hiện của các
anion, triethanolamine và dầu trong nước thải. Cụ thể; khi nồng độ của CO32-,
HCO3-, SO32-, Cl- trong dung dịch cao hơn 0,24; 0,28; 0,23 và 0,09 mol/l
tương ứng, nồng độ của Urani trong nước thải đầu ra sẽ vượt quá 20 mg/l.
Nồng độ cho phép tối đa của Triethanolamine qua nhựa trao đổi ion là không
vượt quá 250 mg/l. Trường hợp hàm lượng dầu trong nhựa vượt quá 1% (theo
khối lượng), kích thước lỗ xốp giảm 16%, và khi vượt quá 11%, kích thước lỗ
xốp gần như bằng không.
Kết quả nghiên cứu của nhóm Younjin Parka, Young-Chae Leeb, Won
Sik Shina, và Sang-June Choia thuộc Đại học quốc gia Kyungpook và Viện
Công nghệ & Kỹ thuật Hạt nhân của Hàn Quốc năm 2010 cho thấy các hợp
chất tổng hợp khác như ammonium molybdophosphate-polyacrylonitrile
(AMP-PAN), nano-crystalline silicoTitanate (IONSIV IE-911, UOP) [33], các
phức kim loại của hexacyanoferrates [Fe(CN6)]4− [14] đều có khả năng hấp
phụ/trao đổi ion chọn lọc cao đối với các đồng vị phóng xạ Cs, Sr và Co.
b) Xử lý nước thải phóng xạ bằng khoáng sét
Các hợp chất khoáng tự nhiên như đất sét (Bentonit, kaolin và illit),
15

vermiculit (cát khoáng có cấu trúc mica) và Zeolit (ví dụ: analcit, chabazit,
sodalit và clinoptilolit) cũng được nghiên cứu sử dụng làm vật liệu hấp
phụ/trao đổi ion. Trong đó Zeolit tự nhiên được sử dụng đầu tiên. Đất sét
thường được sử dụng làm vật liệu lót cho các bãi chôn lấp chất thải phóng xạ
do có khả năng hấp phụ các chất phóng xạ và chống thấm tốt. Tuy nhiên,
trong thực tế xử lý nước thải chứa phóng xạ, đất sét tự nhiên ít khi được sử
dụng do trở lực dòng chảy quá lớn.
Dyer và đồng nghiệp thuộc trường Đại học Salford, Anh đã nghiên cứu
về cơ chế hóa học của Zeolite tự nhiên và Zeolite tổng hợp trong xử lý các
chất phóng xạ Cs và Sr. Zeolite được nung ở 300oC sau đó trộn với xi măng
(OPC) theo tỷ lệ lỏng/xi măng =0,4 sau đó đổ vào bình chứa PE và làm nguội
ở nhiệt độ phòng trong 24h. Kiểm tra mức độ rò rỉ của hỗn hợp theo phương
pháp do IAEA hướng dẫn. Kết quả thí nghiệm cho thấy Zeolit sau khi xử lý
bằng nhiệt có khả năng xử lý hiệu quả 137Cs và 90Sr.
Trong thảm họa hạt nhân Chernobyl năm 1986, Zeolit đã được sử dụng
cho mục đích làm sạch vùng bị ô nhiễm phóng xạ. Khoảng 500.000 tấn Zeolit
tự nhiên, chủ yếu là clinoptilolite đã được sử dụng để đối phó với thảm họa
hạt nhân Chernobyl (đây là một trong những ứng dụng công nghiệp của
Zeolit). Kết quả các bộ lọc có chứa Zeolit clinoptilolite xử lý được 95%
137Cs và khoảng 50-60% 90Sr. Sau một năm các bộ lọc có phóng xạ 10-5 Ci
/ kg đã được thay thế và chôn lấp. Sau thảm họa Chernobyl, Zeolit tiếp tục
được sử dụng để làm giảm tác hại của phóng xạ. Clinoptilolite được trộn vào
thức ăn của bò sữa để giảm bức xạ trong sữa thành phẩm. Trẻ em trong vùng
bị ảnh hưởng bởi thảm họa được cung cấp bánh socola và bánh quy có thành
phần Zeolit clinoptilolite v.v.
DULAMA và các cộng sự thuộc các Viện và Trung tâm nghiên cứu hạt
nhân ở Rumani đã nghiên cứu sử dụng khoáng Zeolit tự nhiên có nguồn gốc
núi lửa ở khu vực Marsid (Rumani) trong xử lý nước thải phóng xạ kết hợp

16


công nghệ hấp phụ - vi lọc/siêu lọc. Khoáng Zeolit có thành phần chính là
Zeolit clinoptilolitic với diện tích bề mặt 46,8m2/g; thành phần khoáng tinh
chiếm 71,5% được nghiền tới kích thước từ 0,5-1mm. Sau đó khoáng Zeolit
được chuyển đổi sang các dạng cation khác nhau –H, -NH4 và -Na. Kết quả
nghiên cứu khả năng hấp phụ của các khoáng Zeolit ở dạng tự nhiên và
chuyển đổi đối với Co và Cs ở 25oC, pH = 5,5 -6 trình bày trong bảng 1.2 cho
thấy khoáng Zeolit Na có khả năng hấp phụ cao nhất; khoáng Zeolit tại
Marsid (Rumani) là thích hợp sử dụng trong xử lý nước thải phóng xạ.
Bảng 1.2. Ảnh hưởng của các dạng khoáng Zeolit cation
đến khả năng hấp phụ
Loại khoáng Zeolit
(ZX)

KCo (mEq/g)

KCs (mEq/g)

ZN

0,75

1,16

ZH

1,18

0,58

ZNH4

1,03

1,46

ZNa

2,07

1,77

Tính chất trao đổi ion của các Zeolit tổng hợp được nghiên cứu ứng
dụng để xử lý nước thải chứa phóng xạ. Các đồng vị phóng xạ cation trong
nước thải có chứa phóng xạ ở mức thấp và trung bình có thể được loại bỏ
bằng cách trao đổi ion với các ion Na+ của Zeolit tổng hợp. Các vật liệu vô cơ
có khả năng trao đổi cao, có tính chọn lọc và có khả năng chịu bức xạ. Nghiên
cứu của El-Kamash AM - Cơ quan năng lượng nguyên tử Ai Cập năm 2008
cho thấy Zeolite A và Zeolit Na A-X có khả năng sử dụng như một loại vật
liệu trao đổi ion vô cơ để loại bỏ các ion Cs và ion Sr trong dung dịch nước
thải.
Trong thảm họa tại nhà máy điện hạt nhân ở Fukushima năm 2011, Tập
đoàn điện lực Tokyo TEPCO cũng sử dụng Zeolit tự nhiên nhằm giảm nhẹ tác
17