Phân tích chi phí lợi ích mở rộng trong xử lý bùn đỏ tại nhà máy Tân Rai : Luận văn ThS. Khoa học môi trường và bảo vệ môi trường: 60 85 02

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

Nguyễn Thùy Linh

PHÂN TÍCH CHI PHÍ LỢI ÍCH MỞ RỘNG
TRONG XỬ LÝ BÙN ĐỎ TẠI NHÀ MÁY TÂN RAI

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội - 2013


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

Nguyễn Thùy Linh

PHÂN TÍCH CHI PHÍ LỢI ÍCH MỞ RỘNG
TRONG XỬ LÝ BÙN ĐỎ TẠI NHÀ MÁY TÂN RAI
Chuyên ngành: Khoa học môi trƣờng
Mã số: 60 85 02

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC
PGS.TS. LƢU ĐỨC HẢI

Hà Nội - 2013

MỤC LỤC

i

DANH MỤC BẢNG

ii

DANH MỤC HÌNH

iii

BẢNG KÝ HIỆU CHỮ VIẾT TẮT

iv

MỞ ĐẦU

1

Chƣơng 1 - TỔNG QUAN

2

1.1. Tổng quan về công nghệ sản xuất alumin

2

1.1.1 Công nghệ làm giàu, chế biến quặng bauxit

2

1.1.2. Công nghệ sản xuất alumin

3

1.2. Tổng quan về bùn đỏ và các giải pháp xử lý bùn đỏ

11

1.2.1. Vấn đề bùn thải - bùn đỏ

11

1.2.2. Thành phần bùn đỏ

12

1.2.3. Tính độc hại của bùn đỏ

19

Chƣơng 2 – ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

26

2.1. Đối tƣợng nghiên cứu

26

2.2. Phƣơng pháp nghiên cứu

26

Chƣơng 3 – KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN

38

3.1. Phƣơng án xử lý bùn đỏ bằng biện pháp chôn lấp, hoàn thổ và phục

38

hồi môi trƣờng
3.2. Phƣơng án sản xuất gạch xây gốm nung từ bùn đỏ

54

3.3. Phân tích tính kinh tế môi trƣờng việc sử dụng bùn đỏ để sản xuất

55

vật liệu xây dựng
KẾT LUẬN

68

KIẾN NGHỊ

69

TÀI LIỆU THAM KHẢO

70

PHỤ LỤC

72

i


DANG MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1: Phân loại bauxit xử lý bằng phƣơng pháp Bayer

7

Bảng 2: Thành phần hóa học của bùn đỏ

12

Bảng 3: Thành phần hóa học của bùn đỏ tại 4 nhà máy Alumin Thế giới

13

Bảng 4: Thành phần bùn đỏ dự kiến của các mẫu công nghệ Việt Nam

15

Bảng 5: Thành phần bùn đỏ và dung dịch bám theo bùn đỏ của Dự án Lâm

16

Đồng
Bảng 6: Thành phần bùn đỏ và dung dịch bám theo bùn đỏ của Dự án

17

Nhân Cơ
Bảng 7: Thông số máy đùn nhào liên tục có hút chân không

35

Bảng 8: Hầm sấy tuynel

36

Bảng 9: Danh mục các thiết bị trong dây chuyền

37

Bảng 10: Các thông số cơ bản của hồ bùn đỏ

42

Bảng 11: Nhu cầu đất sử dụng để hoàn thổ hồ bùn đỏ

46

Bảng 12: Nhu cầu cây xanh để phục hồi môi trƣờng hồ bùn đỏ

47

Bảng 13: Dự toán kinh phí giai đoạn xây dựng hồ bùn đỏ (6 giai đoạn – 30

50

năm)
Bảng 14: Dự toán kinh phí vận hành hồ bùn đỏ trong giai đoạn hoạt động

51

của dự án
Bảng 15 : Ƣớc tính chi phí phục hồi môi trƣờng hồ bùn đỏ sau dự án

51

Bảng 16: Chi phí xử lý 1m3 bùn đỏ trong 10 năm

53

Bảng 17 : Hạch toán giá thành nguyên liệu sét thay thế bùn đỏ

54

Bảng 18: Hiệu quả kinh tế sử dụng bùn đỏ để sản xuất vật liệu xây dựng

55

Bảng 19 : Quy mô kết cấu hạng mục khu sản xuất chính và phụ trợ

55

Bảng 20 : Tổng hợp vốn đầu tƣ và các hạng mục đầu tƣ

58

Bảng 21: Hạch toán giá thành cát ứng với tỷ lệ bùn đỏ:phụ gia

61

Bảng 22 : Nhu cầu lao động tại các công đoạn sản xuất

62

Bảng 23 : Các thông số cơ bản

63

Bảng 24: NPV của dự án

65

ii


DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1: Sơ đồ sản xuất các sản phẩm từ bauxit

2

Hình 2: Sơ đồ nguyên lý công nghệ sản xuất Alumin

5

Hình 3: Quy trình Bayer chế biến alumin từ bauxit

6

Hình 4: Cá chết trên một cong bị bức tử do bùn đỏ

20

Hình 5: Phần thành hồ chứa của một bùn đỏ bị vỡ

22

Hình 6: Quang cảnh nhà máy Tân Rai

26

Hình 7: Toàn cảnh một hồ chứa bùn đỏ

28

Hình 8: Sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất gạch gốm nung

33

Hình 9: Sơ đồ Mặt cắt đại diện – nguyên tắc xây dựng hồ bùn đỏ

44

Hình 10: Hình ảnh minh họa gạch 2 lỗ

54

Hình 11: Một số phƣơng pháp xử lý và ứng dụng bùn đỏ trên Thế giới

34

Hình 12: Quang cảnh một góc nhà máy Tân Rai

72

Hình 13: Bãi bùn đỏ Nalco Damanjodi, Ấn Độ

73

Hình 14: Bùn từ hồ quét qua một góc làng gần đó (Hungary)

73

Hình 15: Làng Devecser (Hunggary) bị ngập trong bùn đỏ

74

Hình 16: Lũ bùn đỏ quét sập cả một cây cầu ở làng Kolontar, Hungary

74

Hình 17: Nhân viên cứu hộ tìm kiếm một nạn nhân ở làng Kolontar,

75

Hungary
Hình 18: Lính cứu hoả dùng xe xúc đƣa những ngƣời bị mắc kẹt khỏi

75

một khu làng Devecser bị lũ bùn đỏ cô lập
Hình 19: Nhân viên cứu hộ cố gắng dọn dẹp bùn đỏ (Hungary)

76

Hình 20: Cá bắt đầu chết trên sông Marcal, sau khi bùn đỏ tràn vào

76

sông này
Hình 21: Nhiều ngƣời phải di tản do lo ngại nhiễm độc từ bùn đỏ

77

Hình 22: Lấy mẫu nƣớc nhiễm bùn đỏ ở gần nhà máy Ajkai

77

Timfoldgya, Hungary

iii


BẢNG KÝ HIỆU CÁC CHỮ VIẾT TẮT

BTCT

Bê tông cốt thép

CBA

Phân tích chi phí lợi ích

ĐVT

Đơn vị tính

GDP

Tổng sản phẩm quốc nội

HDPE

Vải địa kỹ thuật

HT

Hệ thống

NPV

Giá trị hiện tại ròng

pH

Độ chua

QTC

Quy tiêu chuẩn

TCXDVN

Tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam

UNIDO

Tổ chức phát triển công nghiệp liên hợp quốc

VSMT

Vệ sinh môi trƣờng

VNĐ

Việt nam đồng

iv

MỞ ĐẦU
Việt Nam là một trong những nƣớc có tiềm năng lớn về bauxit trong khu
vực và trên thế giới. Tổng trữ lƣợng quặng bauxit đã xác định và tài nguyên dự báo
khoảng 5,5 tỷ tấn: khu vực miền Bắc khoảng 91 triệu tấn; khu vực miền Nam
khoảng 5,41 tỷ tấn (chiếm 99% tổng trữ lƣợng cả nƣớc) [9]. Đây là yếu tố quan
trọng và quyết định việc phát triển ngành công nghiệp khai thác bauxit, sản xuất
alumin và nhôm kim loại của Việt Nam.
Dự án bauxit Tân Rai hay dự án khai thác bauxit Tân Rai là một trong
những dự án khai thác bauxit ở Tây Nguyên theo chủ trƣơng của Bộ Chính trị Ban
Chấp hành Trung ƣơng Đảng Cộng sản Việt Nam, đƣợc triển khai tại huyện Bảo
Lâm, Lâm Đồng, Việt Nam. Việc khai thác đƣợc tiến hành bởi hai công đoạn: giai
đoạn một là khai thác quặng bauxit từ các mỏ, giai đoạn hai là từ quặng bauxit khai
thác đƣợc đƣa vào nhà máy tách ra alumin, nguyên liệu chính để luyện nhôm trong
các lò điện phân.
Trong quá trình chế biến alumin từ bauxit nhà máy Tân Rai thải ra lƣợng
bùn đỏ vào môi trƣờng: 826.944m3/năm. Khối lƣợng quặng bauxit khai thác của dự
án này lên tới 2,32 triệu m3 /năm, dẫn đến nguy cơ tổng lƣợng bùn đỏ phải tích trên
cao nguyên cả đời dự án Tân Rai 80-90 triệu m3 [2].
Bùn đỏ gây ảnh hƣởng độc hại cho sức khỏe con ngƣời và hệ sinh thái động
thực vật. Chế biến bauxit thành alumina sẽ tạo ra các hồ chứa bùn đỏ thƣờng xuyên
đe dọa tình hình an ninh chính trị trên địa bàn. Điều này có thể xảy ra với nhà máy
Tân Rai nếu bùn đỏ vẫn xử lý theo phƣơng pháp chôn lấp, hoàn thổ và phục hồi môi
trƣờng.
Do đó, đề tài “Phân tích chi phí lợi ích mở rộng trong xử lý bùn đỏ tại
nhà máy Tân Rai” là rất cần thiết để đƣa ra biện pháp tối ƣu để có thể tận dụng
bùn đỏ làm vật liệu xây dựng, sử dụng hợp lý tài nguyên thiên nhiên, bảo vệ môi
trƣờng mà vẫn đạt đƣợc mục tiêu phát triển kinh tế.

1

Chƣơng 1 - TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan về công nghệ sản xuất alumin
1.1.1. Công nghệ làm giàu, chế biến quặng bauxit
Theo Tài liệu “Chính sách phát triển công nghệ trong công nghiệp sản xuất
nhôm đến năm 2000” (Policies of the technological development in the Alumina
Industry- Alumina production until 2000) khoảng 85% alumin của thế giới đƣợc sản
xuất từ quặng bauxit và sản xuất ở nhiều nƣớc trên thế giới; khoảng 10% đƣợc sản
xuất từ quặng nepheline và alunite chủ yếu ở Nga, Canada, Mỹ; khoảng 5% từ các
nguyên liệu khác tập trung ở Nga, Mỹ, Nhật Bản ...[5]
Bauxit
Bauxit đã nung

Sản xuất alumin

- Vật liệu chịu lửa

Công nghệ Bayer

- Vật liệu mài-đánh bóng

Sử dụng trong ngành hoá
- Hoạt tính
- Phèn nhôm

Alumin đặc biệt

Alumin cấp luyện kim

Nhôm kim loại
Alumin đã
nung

Gốm, sứ

Vật liệu chịu lửa

Alumin hoạt
tính

Các hyđroxyt nhôm

Vật liệu mài, đánh bóng

Hình 1: Sơ đồ sản xuất các sản phẩm từ bauxit [2]
Công nghệ làm giàu quặng bauxit
Khoảng 90% sản lƣợng Alumin của thế giới đƣợc sản xuất bằng công nghệ
Bayer, nhƣng công nghệ này đòi hỏi bauxit có hàm lƣợng SiO2 thấp. Bauxit có hàm

2


lƣợng SiO2 hoạt tính (tác dụng với kiềm) >5% không thể xử lý kinh tế bằng phƣơng
pháp Bayer vì gây mất mát kiềm theo bùn đỏ rất lớn. Nhƣng ngƣợc lại, nếu xử lý
bằng công nghệ thiêu kết hoặc thiêu kết-Bayer (hỗn hợp) thì tiêu hao năng lƣợng
lớn. Vì vậy bauxit cần phải đƣợc làm giàu để giảm hàm lƣợng SiO2, nâng tỷ lệ
Al2O3/SiO2 >7 thì mới thích hợp cho công nghệ Bayer.
Trên thế giới, các phƣơng pháp làm giàu đơn giản và phổ biến là:
- Đập, nghiền kết hợp sàng khô

- Đập, nghiền kết hợp sàng ƣớt (phổ biến hơn)
Bằng phƣơng pháp tuyển rửa phần lớn SiO2 trong hạt mịn đƣợc loại bỏ theo
quặng đuôi. Ngoài ra, một số bauxit có hàm lƣợng sắt cao và có từ tính (nhƣ bauxit
laterit ở vùng thềm lục địa Đông Ấn Độ) ngƣời ta dùng phƣơng pháp tuyển từ ƣớt
với từ trƣờng mạnh.
1.1.2. Công nghệ sản xuất alumin
Quá trình sản xuất alumin thực chất là quá trình làm giàu Al2O3, nhằm tách
lƣợng Al2O3 trong bauxit ra khỏi các tạp chất khác (các ôxyt …). Alumin nhận đƣợc
phải đảm bảo chất lƣợng cho quá trình điện phân trong bể muối nóng chảy cryolite
(Na3AlF6) để nhận đƣợc Al kim loại. Các phƣơng pháp chính sản xuất alumin:
a. Sản xuất alumin bằng phương pháp hoả luyện
Trong số các phƣơng pháp hỏa luyện thì phƣơng pháp thiêu kết bauxit với
Na2CO3 có sự tham gia của CaCO3 (gọi là phƣơng pháp sôđa-vôi) là phƣơng pháp
kinh tế và đƣợc ứng dụng công nghiệp. Phƣơng pháp thiêu kết dùng để xử lý quặng
bauxit có chất lƣợng trung bình hoặc kém (hàm lƣợng SiO2 cao), nếu xử lý bằng
công nghệ Bayer (công nghệ thủy luyện) thì không có hiệu quả kinh tế.
Nguyên lý của phƣơng pháp hỏa luyện là: Thiêu kết hỗn hợp bauxit +
Na2CO3 + CaCO3 trong lò ống quay ở nhiệt độ 1200oC để thực hiện các phản ứng
sau:

3


Al2O3 + Na2CO3 = 2 NaAlO2 + CO2
SiO2 + 2 CaCO3 = CaO.SiO2 + 2CO2
NaAlO2 rắn trong thiêu kết phẩm (sản phẩm sau khi thiêu) dễ tan trong nƣớc.
Còn CaO.SiO2 không tan trong nƣớc và đi vào cặn thải (bùn thải).
Phƣơng pháp thiêu kết có thể đƣợc áp dụng độc lập hoặc kết hợp với phƣơng
pháp Bayer: Phƣơng pháp kết hợp song song hoặc nối tiếp. Phƣơng pháp thiêu kết
đƣợc ứng dụng nhiều ở các nƣớc: Nga, Tiệp Khắc trƣớc đây, Trung Quốc hiện đang

sử dụng phƣơng pháp này trong một số nhà máy sản xuất alumin để xử lý quặng
bauxit có hàm lƣợng silic cao.
b. Sản xuất alumin bằng phương pháp Bayer (phương pháp thuỷ luyện)
Nhà hoá học ngƣời Áo Kark Josef Bayer đã đƣa ra công nghệ sản xuất
alumin từ quặng bauxit bằng phƣơng pháp kiềm hoá (phƣơng pháp thuỷ luyện) với
hiệu quả kinh tế - kỹ thuật cao. Từ đó đến nay Công nghệ mang tên Ông (Phƣơng
pháp Bayer) vẫn là công nghệ chính để sản xuất alumin. Hiện nay và dự báo trong
tƣơng lai khoảng 90% alumin trên thế giới vẫn đƣợc sản xuất bằng công nghệ này.
Công nghệ Bayer đƣợc dựa trên cơ sở của phản ứng thuận nghịch sau:
Hoà tách > 100oC

Al(OH)3 + NaOH
Gipxit rắn

Kết tủa < 100oC

NaAlO2 + 2H2O

Công nghệ Bayer chủ yếu gồm các công đoạn:
- Bauxit đƣợc hoà tách với dung dịch kiềm NaOH. Lƣợng Al2O3 đƣợc tách ra
trong dạng NaAlO2 hoà tan và đƣợc tách ra khỏi cặn không hoà tan (gọi là bùn đỏ
do chủ yếu là các ôxyt sắt nên có màu đỏ, ngòai ra còn có ôxyt titan, ôxyt silic…).
- Dung dịch aluminate NaAlO2 đƣợc hạ nhiệt đến nhiệt độ cần thiết và cho
mầm Al(OH)3 vào để kết tủa.

4


- Sản phẩm Al(OH)3 cuối cùng đƣợc lọc, rửa và nung để tạo thành Al2O3
thành phẩm.

Sơ đồ nguyên lý dây chuyền công nghệ Bayer đƣợc giới thiệu trên Hình 2 và 3
Bauxit

Nghiền
Cặn thải

NaOH
Tách Oxalat

(

Hoà tách

Cô bay hơi

Tách cát

Tách
Trao đổi nhiệt

bùn đỏ

Kết tinh
Lọc tinh

Trao đổi nhiệt

Nung

Alumin

Hình 2: Sơ đồ nguyên lý công nghệ sản xuất Alumin [2]

5


Hình 3: Quy trình Bayer chế biến alumin từ bauxit [27]
Trong quá trình sản xuất alumin bằng phƣơng pháp Bayer, tùy theo thành
phần khoáng vật của bauxit mà công nghệ Bayer đƣợc chia thành 2 giải pháp khác
nhau:

6


* Công nghệ Bayer Châu Mỹ [2]
Đƣợc áp dụng nếu Al2O3 của bauxit ở dạng gipxite (trihydrate Al2O3.3H2O),
có thể đƣợc hoà tách dễ dàng. Bauxit này thƣờng đƣợc hòa tách ở nhiệt độ khoảng
140-145oC trong dung dịch hòa tách có nồng độ kiềm thấp (120-170g/l Na2Oc).
Công nghệ này đang đƣợc áp dụng trong các nhà máy của ALCOA ở Tây
Úc, nhà máy alumin ở Jamaica (Brazil), Sơn Đông (Trung Quốc), Guinea... và sẽ
đƣợc áp dụng cho các nhà máy alumin ở Tây Nguyên - Việt Nam.
*Công nghệ Bayer Châu Âu [2]
Đƣợc áp dụng nếu Al2O3 của bauxit ở dạng bơmit và diaspor (monohydrate
Al2O3.H2O), phải hòa tách ở nhiệt độ cao hơn 200oC (240-250oC trong các nhà máy
hiện đại và có chất xúc tác đối với quặng diaspor) và trong dung dịch hòa tách có
nồng độ kiềm cao hơn (180-250g/l Na2O). Công nghệ này đang đƣợc áp dụng trong
các nhà máy alumin của Nga, Iran, Trung Quốc (Bình Quả) để xử lý quặng bauxit
diaspor; nhà máy alumin ở Hungary, Nam Tƣ, một vài nhà máy ở Úc... xử lý quặng
bauxit bơmit và sẽ đƣợc áp dụng cho nhà máy alumin xử lý quặng bauxit diaspor ở
miền Bắc Việt Nam (Ma Mèo, Táp Ná...).

Chi phí nguyên, nhiên liệu để sản xuất 1 tấn alumin bằng phƣơng pháp Bayer
tuỳ thuộc vào loại và chất lƣợng bauxit. Giá trị công nghiệp của bauxit chủ yếu
đƣợc xác định bởi các chi phí tiêu hao kiềm và bauxit cho 1 tấn alumin. Một số tác
giả đề nghị chia bauxit xử lý bằng phƣơng pháp Bayer thành 3 loại:
Bảng 1: Phân loại bauxit xử lý bằng phƣơng pháp Bayer [5]
Loại

Chất lƣợng

Tiêu hao bauxit

Tiêu hao kiềm

(t/t Al2O3)

(kg NaOH/t Al2O3)

I

Tốt

< 2,2

< 40

II

Trung bình

2,2 – 2,9

40 - 80

III

Kém

> 2,9

>80

7


Nhƣ vậy: Công nghệ nguồn để sản xuất alumin trên thế giới đang thịnh hành
là Công nghệ Bayer (Nhà hoá học ngƣời Áo Kark Josef Bayer đã phát minh vào
năm 1887- 1892). Công nghệ Bayer, nhƣ trên đã trình bày bao gồm các công đoạn
chính:
- Bauxit đƣợc hoà tách với dung dịch kiềm NaOH. Lƣợng Al2O3 đƣợc tách ra
trong dạng NaAlO2 hoà tan và đƣợc tách ra khỏi cặn không hoà tan (gọi là bùn đỏ
mà chủ yếu là các ôxyt sắt nên có màu đỏ, ngòai ra còn có ôxyt titan, ôxyt silic…).
- Dung dịch aluminate NaAlO2 đƣợc hạ nhiệt đến nhiệt độ cần thiết và cho
mầm Al(OH)3 vào để kết tủa.
- Sản phẩm Al(OH)3 cuối cùng đƣợc lọc, rửa và nung để tạo thành Al2O3
thành phẩm.
Công nghệ Bayer có 2 giải pháp công nghệ tuỳ thuộc vào khoáng vật nhôm
trong bauxit tồn tại trong dạng mono-hydrat hay tri-hydrat: Công nghệ Bayer Châu
Âu (hoà tách bauxit mono-hydrat ở nhiệt độ 200-250oC với nồng độ kiềm cao
khoảng 200 g/l Na2Ok) và Công nghệ Bayer Châu Mỹ (thường hoà tách bauxit trihydrat ở nhiệt độ và nồng độ kiềm thấp khoảng 140-150oC và khoảng 160-170 g/l
Na2Ok; hoặc có thể hoà tách bauxit ở áp suất thường - nhiệt độ khoảng 105-107oC,

nhưng phải hoà tách với dung dịch kiềm có nồng độ cao khoảng 200 g/l Na2Ok).
Lựa chọn công nghệ Bayer
Trên thế giới có khoảng 27 nhà máy sản xuất alumin xử lý quặng bauxit
gipxit, trong đó phần lớn các nhà máy dùng công nghệ hoà tách ở áp suất trung
bình, nhiệt độ 140 – 145oC (riêng nhà máy Worsley-Úc hoà tách ở nhiệt độ 165oC)
với nồng độ kiềm hoà tách 160 - 170g/l, duy chỉ có 2 trong tổng số 27 nhà máy
dùng công nghệ hoà tách ở áp suất khí quyển, nhiệt độ 107oC với nồng độ kiềm hoà
tách cao 200 - 210g/l (đều do Pechiney-AP- Pháp chuyển giao công nghệ), đó là
nhà máy Fria (Tây Phi - Guinea) và nhà máy Damandjodi (Nalco-India). Cũng cần
nói thêm rằng nhà máy Fria, Tập đoàn Rusal (Nga) có cổ phần chủ yếu hiện đã mở
rộng công suất lên 1,4 triệu t/năm và nhiệt độ hoà tách đã đƣợc nâng lên 1550C.

8


Về mặt kỹ thuật:
Ƣu, nhƣợc điểm của công nghệ hoà tách ở áp suất khí quyển:
* Ưu điểm: Hoà tách ở áp suất khí quyển, thiết bị hoà tách và vận hành đơn giản
hơn.
* Nhược điểm: Hoà tách ở áp suất khí quyển cần phải hoà tách với dung dịch có
nồng độ kiềm cao 200-210g/l, dẫn đến hàm lƣợng SiO2 trong dung dịch sau hoà
tách cao, bắt buộc phải có công đoạn khử silic sau hoà tách (hậu khử silíc) mới nhận
đƣợc alumin đảm bảo chất lƣợng. Tổng thời gian hoà tách ở áp suất khí quyển và
hậu khử silic khoảng 8-10h nhƣ vậy là quá dài so với thời gian 0,5-1h hoà tách ở áp
suất trung bình. Do thời gian lƣu huyền phù sau hoà tách quá dài dẫn đến quá trình
tự phân huỷ Al(OH)3 gây mất mát Al2O3. Hơn nữa, quá trình hậu khử silic cũng
không dễ dàng khống chế đƣợc hàm lƣợng SiO2 trong dung dịch dẫn đến ảnh hƣởng
chất lƣợng sản phẩm alumin. Do nồng độ kiềm hoà tách cao nên tỷ số c sau hoà
tách (đặc trƣng của độ quá bão hoà Al2O3 trong dung dịch) cao ~1,5, dẫn đến hiệu
quả kết tủa (phân huỷ) của dung dịch thấp khoảng 60kg/m3 dung dịch đƣa đi phân

huỷ. Trong khi đó các nhà máy tiên tiến hiện nay giá trị này là 75 kg/m3 có khi đạt
đến 85-90kg/m3.Hoà tách ở áp suất khí quyển không có hệ thống giảm áp sau hoà
tách do đó không thu đƣợc lƣợng nƣớc ngƣng tụ chứa kiềm (dùng để bổ sung cho
lƣợng nƣớc rửa bùn đỏ). Do vậy bắt buộc phải dùng lƣợng nƣớc mới để rửa bùn đỏ
nhiều hơn, dẫn đến tăng quá tải cho thiết bị cô bay hơi mới nâng đƣợc nồng độ kiềm
~200g/l, điều đó có nghĩa là tiêu hao hơi (nhiên liệu) nhiều hơn.
Về mặt thực tế nghiên cứu, xử lý mẫu bauxit laterit Việt Nam
Các đề tài nghiên cứu ở trong nƣớc và ngoài nƣớc về mẫu bauxit mỏ Tân
Rai, mẫu bauxit mỏ “1-5” … đƣợc thực hiện trƣớc đây và đặc biệt là Viện Nghiên
cứu Trịnh Châu - Chalco (Trung Quốc) thực hiện với mẫu mỏ “1-5” gần đây (trong
báo cáo nghiên cứu tiền khả thi dự án alumin Đăk Nông công suất 1,9 triệu tấn
alumin/năm), mẫu mỏ Tân Rai đƣợc nghiên cứu ở Tập đoàn Luyện kim Vân Nam –
Trung Quốc đều khẳng định hoà tách bauxit ở 140-1450C có nhiều ƣu việt hơn ở

9


105-1070C. Các nghiên cứu trong và ngoài nƣớc đối với bauxit Miền Nam đều đi
đến kết luận: Bauxit dưới dạng gipxit-gơtit, chất lượng thuộc loại trung bình,
thường phải qua tuyển rửa mới đảm bảo chất lượng để sử dụng cho công nghệ
Bayer; bauxit thuộc loại gipxit dễ hoà tách nên có thể được xử lý bằng công nghệ
Bayer Châu Mỹ (nhiệt độ khoảng 140-1500C, với nồng độ kiềm khoảng 160-170g/l
Na2O), tuy vậy bauxit có chứa nhiều gơtit nên khả năng lắng kém. Trong luận
chứng cơ hội đầu tƣ "Opportunity Study" do nhóm chuyên gia của UNIDO lập năm
1988 để xây dựng nhà máy alumin công suất 600.000 t/năm xử lý quặng bauxit Tân
Rai - Lâm Đồng cũng đã đề xuất giải pháp lựa chọn công nghệ hoà tách ở 1400C
với nồng độ kiềm hoà tách là 170g/l, chỉ có công đoạn tiền khử silic (khử silic trƣớc
khi hoà tách), không có công đoạn hậu khử silic (khử silíc sau khi hoà tách).
Về hiệu quả kinh tế và đấu thầu quốc tế
Nếu giữ nguyên công nghệ do Pechiney-AP- Pháp đề xuất (công nghệ hòa

tách ở nhiệt âm Đồng công suất 300.000t/n thì phải hòa tách với nồng độ kiềm cao
khoảng 200 g/l độ 105-107oC) trong dự án khả thi đã đƣợc duyệt trƣớc đây về Tổ
hợp bauxit-nhôm L Na2O, tổng thời gian lƣu liệu cho 3 công đoạn (tiền khử silic,
hòa tách, hậu khử silic) quá dài khoảng 22,5-26,5 giờ. Công nghệ hòa tách ở nhiệt
độ 140-150oC với nồng độ kiềm thấp khoảng 170 g/l Na2O, không cần công đoạn
hậu khử silic, tổng thời gian lƣu liệu cho 2 công đoạn tiền khử silic và hòa tách chỉ
còn khoảng 10-12 giờ. Nhƣ vậy hiệu quả của công nghệ hòa tách ở nhiệt độ 105107oC thấp do thời gian lƣu liệu trong dây chuyền quá dài (22,2-26,5 giờ so với 1012 giờ), cộng thêm một số mặt nhƣợc điểm về kỹ thuật, do đó rất ít nhà máy sản
xuất alumin trên thế giới vận hành ở nhiệt độ này. Có thể đó là lý do nhà máy
alumin Fria – Ghine do Pháp xây dựng, cũng đã đƣợc Nga cải tiến nâng nhiệt độ
hòa tách từ 105-107oC lên 140-150oC. Nếu giữ nguyên công nghệ do Pechiney-APPháp đề suất thì chắc chắn không thể đấu thầu quốc tế rộng rãi đƣợc, mà sẽ gần nhƣ
là chỉ định thầu cho Pechiney-AP- Pháp. Hơn nữa, hiện nay công ty nhôm AP của
Pháp đã bán cho Tập đoàn Nhôm ALCAN của Canada và chắc chắn sẽ lại phải điều

10


chỉnh Công nghệ vì Tập đoàn Nhôm ALCAN Canada cũng không chấp nhận công
nghệ này (xem bảng so sánh công nghệ của AP và đề suất của ALCAN kèm theo).
Với tất cả các lý do trên, việc áp dụng công nghệ hoà tách ở áp suất trung
bình (140-1450C) cho 2 Dự án của Tập đoàn TKV đang đƣợc triển khai là hoàn toàn
có cơ sở khoa học và phù hợp với công nghệ chung của thế giới đang đƣợc vận
hành tại các nhà máy alumin xử lý quặng bauxit loại gipxit (các nhà máy của Alcoa
tại Úc, các nhà máy alumin ở Trung-Nam Mỹ …). Tuy nhiên, việc lựa chọn công
nghệ thải lỏng bùn đỏ tiềm ẩn nhiều nguy cơ gây ô nhiễm môi trƣờng mà các nhà
khoa học và chính trị Việt Nam đề cập nhiều trong thời gian qua.
1.2. Tổng quan về bùn đỏ và các giải pháp xử lý bùn đỏ
1.2.1. Vấn đề bùn thải - bùn đỏ
Vấn đề môi trƣờng lớn nhất trong quá trình sản xuất alumin (của thế giới
cũng nhƣ các Dự án của TKV đang triển khai) là vấn đề bùn thải (bùn đỏ). Có hai
loại bùn thải phát sinh trong quá trình sản xuất Alumin là bùn thải đuôi quặng phát

sinh trong quá trình tuyển quặng Bauxit (thƣờng chiếm tỷ lệ tới 50 % trọng lƣợng
quặng nguyên khai đƣa vào quy trình tuyển) và bùn thải công nghệ Bayer (bùn đỏ).
Loại thứ nhất có thành phần chủ yếu là khoáng vật sét, Gơtit, Hematit,
Gipxit dƣới dạng bùn lỏng ít gây tác động đến môi trƣờng. Loại thứ hai: bùn đỏ do
chứa hàm lƣợng Fe2O3 và kiềm dƣ cao (Na, K), có độ Ph cao ~ 13, dễ gây ra tác
động ô nhiễm môi trƣờng.
Công nghệ sản xuất alumin đƣợc lựa chọn trong các Dự án Tân Rai-Lâm
Đồng và Nhân Cơ-Đăk Nông là công nghệ sản xuất alumin bằng phƣơng pháp
Bayer (Công nghệ thuỷ luyện bằng kiềm).
Nhƣ vậy thực chất bùn đỏ là cặn (các thành phần có trong bauxit) không hoà
tan trong kiềm và thu đƣợc trong quá trình hoà tách bauxit với dung dịch kiềm
NaOH. Thành phần khoáng vật của bùn đỏ là các ôxyt - chủ yếu là ôxyt sắt, các hợp
chất mới tạo thành nhƣ Na-Aluminium-Hydrosilicat, Ca-Aluminium-Hydrosilicat

11


… Do chúng có liên kết hoá học với kiềm (hoặc kiềm bám theo) nên bùn đỏ có độ
bám dính rất lớn (nhất là sau khi nó đã lắng tốt hoặc đã khô) đặc tính lý-hoá của bùn
đỏ không nhƣ bùn đất thông thƣờng. Theo tài liệu của UNIDO (World Review on
Environmental Aspects and Protection in the Bauxit/ Alumina Industy), để sản xuất
1 tấn alumin sẽ thải ra khoảng 0,8-2 tấn bùn đỏ tuỳ theo chất lƣợng của bauxit đem
xử lý [5]
1.2.2. Thành phần bùn đỏ
Bùn đỏ của Công nghệ Bayer và dung dịch bám theo bùn đỏ có thành phần
chính trình bày trong bảng 2.
Bảng 2: Thành phần hóa học của bùn đỏ [5]
Thành phần bùn đỏ (%)

Thành phần dung dịch bám theo

bùn đỏ (g/l)

Fe2O3 (25-60)

Na2O tổng

(0,6 – 8,0)

Al2O3 (5-25)

Na2O costic

(0,5 – 6,0)

SiO2 (1-20)

Al2O3

(0,5 – 3,0)

TiO2 (1-10)
Na2O (1-10)
CaO

(2-8)

M.K.N (Mất khi nung)

(5-15)

Kết quả phân tích 4 mẫu bùn đỏ ở các nhà máy alumin khác nhau trên thế
giới có thành phần thể hiện trong bảng 3.

12


Bảng 3: Thành phần hóa học của bùn đỏ tại 4 nhà máy Alumin Thế giới [5]
Nguyên tố

Mẫu 1

Mẫu 2

Mẫu 3

Mẫu 4

(%)

(Kaiser)

(Alcoa)

(Alcoa)

(Reynolds)

Al

2-4

5-10

3-8

1,3

B

< 0,005

0,005

0,005

0,005

Ba

0,02

0,01

0,01

0,01

Be

<0,0001

<0,0001

<0,001

<0,001

Ca

5-10

3-6

4-6

20-40

Co

0,01

<0,005

0,01

<0,002

Cu

0,02

<0,005

0,01

0,002

Cr

0,1

0,05

0,1

0,005

Fe

10-20

5-10

20-40

5-10

K

0,03

0,2

0,1

0,3

Mg

0,1

0,03

0,1

0,3

Mn

1,0

0,02

0,4

0,2

Na

0,5

1-3

2-4

1,0

Ni

0,1

<0.005

0,03

0,002

Pb

0,02

0,01

0,02

0,005

Si

0,8

2-4

2-4

5-10

Sr

0,05

0,01

0,03

0,03

Ti

2-4

3-6

2-4

1-2

V

0,1

0,1

0,03

0,01

13


Zr

0,1

0,2

0,1

0,2

Ngoài các thành phần đã đƣợc liệt kê trong bùn đỏ trình bày trong bảng 3;
bùn đỏ của một số nhà máy còn có chứa phóng xạ. Sự cố môi trƣờng vỡ bể bùn đỏ
Hungari năm 2010 đã cho thấy tác động gây ô nhiễm của kiềm dƣ và phóng xạ có
chứa trong bùn đỏ đối với môi trƣờng đất và nƣớc. Báo của Pháp ngày 27/10 đã dẫn
kết quả phân tích các mẫu bùn đỏ lấy tại hiện trƣờng của Criirad cho thấy bùn đỏ,
chất thải của quá trình khai thác quặng bauxit, rất độc hại bởi có chứa kim loại
nặng. Các phân tích cho thấy trong bùn đỏ có chất phóng xạ uranium 238 cao gấp 3
lần độ phóng xạ trung bình của vỏ Trái Đất (40 bq/kg), và chất thorium 232 cao hơn
4 lần so với độ phóng xạ trung bình của vỏ Trái Đất [28]. Sản xuất alumin không tự
tạo ra chất phóng xạ, kim loại nặng các nguyên tố hiếm hay đất hiếm. Quy trình sản

xuất chỉ làm giàu phóng xạ lên sau khi đã tách lấy đi alumin sạch. Vì thể mà giới
chuyên môn gọi bùn đỏ là loại “vật liệu có phóng xạ tự nhiên đƣợc làm giàu nhờ
công nghệ” (Technologically Enhanced Naturally Occurring Radioactive Material TENORM). Khi đạt đến quy mô 1500T bùn đỏ/ha thì cƣờng độ phóng xạ đạt
ngƣỡng an toàn môi trƣờng là 0,1mSv (đơn vị đo mức phóng xạ trong môi trƣờng).
Nếu quy mô bãi thải lớn hơn 1500T/ha thì phóng xạ bắt đầu vƣợt ngƣỡng. Cũng tại
Australia, tập đoàn alumin - nhôm của nƣớc này là ALCOA kiên trì quan trắc phóng
xạ trong bùn đỏ suốt 25 năm và đã tuyên bố là tuy có phóng xạ nhƣng cƣờng độ nhỏ
hơn tiêu chuẩn môi trƣờng là 1mSV/năm và rất an toàn. “Chất phóng xạ trong bùn
đỏ không nhiều nhƣ kẽm trong sò, nhƣ fluor trong kem đánh răng, nhƣ thủy ngân
trong thịt cá mập, nhƣ chì trong đất, nhƣ cadmi trong phân bón” - theo tuyên bố của
ALCOA. Tuy nhiên, ngƣời dân địa phƣơng không tin tuyên bố của ALCOA và đã
thuê cơ quan môi trƣờng của ngành nông nghiệp Australia phân tích. Kết quả khiến
ngƣời dân rất bất bình khi nhận ra bùn đỏ của ALCOA nguy hiểm quá sức tƣởng
tƣợng. Chỉ một hồ bùn đỏ với sức chứa trung bình 20T/ha, ngƣời ta thấy có 30kg
phóng xạ Thori, 6kg Crom, trên 2kg Bari và gần 1kg phóng xạ Uranium. Ngoài ra,
còn có thêm 24kg Fluor, hơn 0,5kg kim loại nặng nhƣ arsenic; đồng; kẽm; Cobalt

14


và một hàm lƣợng nhỏ chì, Cadmi và Beryli. Các chuyên gia cũng cho biết thêm,
nếu mức chứa trung bình tăng lên 200T bùn đỏ/ ha thì hàm lƣợng các chất nguy
hiểm trên cũng tăng lên 10 lần. Tuy nhiên, Báo cáo của Chính phủ trƣớc đại biểu
Quốc hội, ngày cho biết kết quả phân tích bùn đỏ của bô-xít Tây Nguyên đã có kết
luận tin cậy về thành phần bùn đỏ không có chất phóng xạ.
Kết quả phân tich mẫu quặng tinh bauxit (mẫu sau khi tuyển rửa) của mỏ
Tân Rai (Lâm Đồng) và một số mỏ ở tỉnh Đăk Nông do nƣớc ngoài (AP-Pháp, Viện
CSIRO-Úc, Alcoa-Úc) phân tích đƣợc nêu ở bảng 4.
Bảng 4: Thành phần bùn đỏ dự kiến của các mẫu công nghệ Việt Nam [5]
Thành phần hoá học

Mẫu Tân Rai

Mẫu Nhân Cơ

Mẫu Gia Nghĩa

(%)

(AP-Pháp)

(CSIRO-Úc)

(ALCOA-Úc)

Al2O3

47,1

49,58

47,7

SiO2

2,68

2,46

5,9

Fe2O3

21,1

17,3

18,9

TiO2

2,62

2,69

2,9

M.K.N (Mất khi nung)

26,4

27,2

Na2O

<0,3

0,01

K2 O

CaO

0,01
0,06

0,01

MgO

0,01

Carbonat
V2 O5

0,15-0,23
V: 245 ppm

0,041

(V2O5: 0,0437)
Ga2O3

0,05

Ga: 60 ppm

15

0,001

V: 229ppm


(Ga2O3: 0,0081)
S

0,076

0,07

SO3

0,16

C tổng

0,108

0,17

0,14

C hữu cơ

0,1

0,11

0,08

Oxalat

0,015

P2O5

0,08

0,23

0,18

ZnO

<15ppm

0,003

Zn: 54ppm

BaO

0,01

ZrO2

0,03

Zr: 227ppm

Cr2O3

0,084

Cr: 661ppm

PbO

0,01

Pb: 7ppm

Be

0,5ppm

Hg

0,07ppm

Sn

2ppm

Bảng 5: Thành phần bùn đỏ và dung dịch bám theo bùn đỏ
của Dự án Lâm Đồng [2]
Thành phần bùn đỏ (%)

Thành phần dung dịch (%)

Fe2O3

(46,41)

Na2O

(0,46)

Al2O3

(16,91)

Al2O3

(0,48)

SiO2
TiO2

(6,6)

H2 O

(5,48)

16

(99,06)

Na2O
CaO
Khác

(3,06)
(4,48)
(17,06)

Bảng 6: Thành phần bùn đỏ và dung dịch bám theo bùn đỏ
của Dự án Nhân Cơ [2]
Thành phần bùn đỏ (%)

Thành phần dung dịch (g/l)

Fe2O3

(46,32)

Na2Otổng

(<3,5)

Al2O3

(17,56)

Na2Ocostic

(<3,0)

SiO2

(6,7)

TiO2

(7,2)

Na2O

(3,43)

CaO

(5,29)

Khác

(13,5)

Al2O3

(<3,0)

Theo tính toán của nhà thầu Chalieco-Trung Quốc: Với Dự án Nhân Cơ công
suất 600.000 tấn alumin/năm, lƣợng bùn đỏ khô sẽ là 566.000 tấn/năm, dung dịch
bám theo bùn đỏ (đƣợc bơm tuần hoàn về nhà máy khoảng 70%) là 610.000
tấn/năm. Cả 2 nhà máy Nhân Cơ và Lâm Đồng lƣợng bùn đỏ thải ra khoảng 1,2- 1,3
triệu tấn/năm.
Thành phần chủ yếu của bùn đỏ khô gồm: Fe2O3 chiếm 46%, Al2O3 chiếm

18%; CaO và SiO2 chiếm 5-7%; Na2O chiếm 3,4%; TiO2 chiếm 7,2%; các loại ôxít
khác chiếm khoảng 13%. Về cơ bản thành phần bùn đỏ gồm các nguyên tố có trong
thành phần bauxit không hoà tan trong kiềm, nguyên tố có thêm là thành phần Na
(vì sử dụng kiềm), và/hoặc Ca (nếu công nghệ có sử dụng CaO làm chất xúc tác với

17


lƣợng ít). Xét theo thành phần hoá học của bùn đỏ thì trong chất rắn của bùn đỏ
không có chất gây hại đặc biệt đến môi trƣờng, không có chất phóng xạ, chất rắn
của huyền phù bùn đỏ không thuộc vào loại rác thải nguy hiểm. Chất gây ô nhiễm
trong huyền phù bùn đỏ chủ yếu là chất lỏng kèm theo bùn đỏ. Dung dịch kiềm kèm
theo có tính ăn mòn mạnh, và giá trị PH cao hơn 12,5. Căn cứ vào “Tiêu chuẩn
phân biệt rác thải nguy hiểm” của Trung Quốc, nếu dung dịch kiềm thải có giá trị
PH cao hơn 12,5 thì liệt vào loại chất thải nguy hiểm có tính ăn mòn. Bởi vì chất
rắn và chất lỏng trong huyền phù bùn đỏ không thể tách rời hoàn toàn, vì vậy phải
xử lý “huyền phù bùn đỏ” theo tiêu chuẩn xử lý chất thải nguy hiểm.
Để sản xuất 1 tấn alumin sẽ thải ra khoảng 0,8-2 tấn bùn đỏ tuỳ theo hàm
lƣợng ôxyt nhôm có trong bauxit (Úc khoảng 2 tấn/tấn alumin; bauxit Tây Nguyên
khoảng 1tấn/ tấn alumin). Trên thế giới đã có nhiều công trình nghiên cứu thành
công (kể cả quy mô thí nghiệm bán công nghiệp) về sử dụng bùn đỏ, nhƣng hiệu
quả kinh tế còn thấp nên việc sử dụng chúng còn hạn chế, chủ yếu vẫn thải ra các
bãi chứa. Có 2 cách thải bùn đỏ là thải trên đất (đất bằng hoặc các thung lũng có các
đê bao) hoặc thải vào nƣớc (thải vào các đầm phá ven biển). Thải bùn đỏ trên đất có
2 phƣơng pháp là thải khô hoặc thải ƣớt:
- Thải khô là bơm bùn ra bãi thải với hàm lƣợng chất rắn rất cao, tiết kiệm
diện tích nhƣng tốn kém và phức tạp hơn, thích hợp với những vùng có lƣợng bốc
hơi lớn hơn so với lƣợng mƣa.
- Thải ƣớt là bơm bùn ra bãi thải với hàm lƣợng chất rắn thấp hơn, đỡ tốn
kém, thích hợp với các vùng có các thung lũng dễ tạo thành hồ chứa, thƣờng áp

dụng cho những vùng có lƣợng mƣa lớn hơn so với lƣợng bốc hơi (thí dụ ở Tây
Nguyên - Việt Nam có lƣợng mƣa gấp gần 4 lần lƣợng bốc hơi: lƣợng mƣa
2400mm; lƣợng bốc hơi 650mm).
Bùn đỏ trƣớc khi thải ra bãi thải phải đƣợc rửa ngƣợc dòng 4-6 bƣớc nhằm tận
thu kiềm và alumin bám theo bùn đỏ (giá kiềm đắt và là một trong tiêu hao chính để
sản xuất alumin) và đảm bảo yêu cầu môi trƣờng. Hồ bùn đỏ phải có các lớp chống

18


thấm tốt để làm sao kiềm bám theo bùn đỏ không thẩm thấu vào mạch nƣớc ngầm,
nƣớc chứa kiềm trong hồ chứa bùn đỏ đƣợc thu gom và bơm tuần hoàn về nhà máy
alumin sử dụng lại.
Nhƣ vậy:
 Bùn đỏ là thành phần thải phát sinh từ công nghệ sản xuất Alumin, có thành
phần hóa học chủ yếu là các Ôxít Fe, Al, Na, Si và một số kim loại năng
khác.
 Bùn đỏ chứa kiềm dƣ cao (Na2O và K2O), có độ pH cao (~13), có tính chất
ăn mòn hóa học mạnh dƣới dạng lóng có khả năng gây ảnh hƣởng lớn đến
sức khỏe con ngƣời và môi trƣờng sống của các sinh vật.
 Bùn đỏ của một số nhà máy xí nghiệp còn có khả năng chứa phóng xạ cao
hạn chế khả năng tận dụng bùn đỏ trong tận dụng chất thải, tuy nhiên các
nghiên cứu bƣớc đầu về quặng Bauxit Tây Nguyên cho thấy khả năng chứa
chất phóng xạ của bùn đỏ của các nhà máy Alumin Tây Nguyên là rất thấp.
 Bùn đỏ chứa các thành phần vật chất hữu ích khác có thể tận dụng trong sản
xuất các sản phẩm có giá trị kinh tế khác cần đƣợc nghiên cứu tiếp theo.
1.2.3. Tính độc hại của bùn đỏ
Tính chất gây hại nguy hiểm của bùn đỏ chính là độ kiềm rất cao, gây bỏng,
mù mắt và các hội chứng liên quan khác. Một trong những quan tâm là bùn đỏ thải
ra trong quá trình chế biến alumin có chứa phóng xạ, kim loại nặng và các chất độc

hại khác không? Có 2 loại bùn màu đỏ liên quan đến khai thác bauxit laterit và sản
xuất alumin mà không ít ngƣời vẫn nhầm là một loại. Loại thứ nhất xuất hiện khi
tuyển rửa quặng bauxit nguyên khai (tuyển rửa bằng nƣớc) thành quặng tinh. Loại
bùn đất này tuy cũng có màu đỏ nhƣng thuật ngữ chuyên môn gọi là bùn thải đuôi
quặng, không phải bùn đỏ, và cũng không phải là chất thải công nghiệp hay chất
thải độc hại.. Loại thứ hai sinh ra trong quá trình sản xuất alumin từ bauxit theo

19