Xử lý và tận dụng bã thải sau quá trình hòa tách và khử sắt quặng đồng sunlfua phối trộn sản xuất gạch block

Nghiên cứu - Trao đổi

Xử lý và tận dụng bã thải sau quá trình
hòa tách và khử sắt quặng đồng sunlfua
phối trộn sản xuất gạch block

m NGUYỄN ĐỨC NÚI, PHÍ VĂN CÔNG, TRẦN ANH TUẤN
Phòng Công nghệ và vật liệu môi trường - Viện Khoa học vật liệu

1. Đặt vấn đề
Các loại vật liệu/bã thải rắn
có hàm lượng kim loại nặng thải
ra từ các quá trình công nghệ
sản xuất cũng như tái chế bã
thải thứ cấp của quá trình luyện
kim, hòa tách, thủy luyện bã
thải là vấn đề môi trường rất
được quan tâm do việc đổ thải,
lưu giữ không an toàn các chất
thải này sẽ là nguyên nhân gây
ô nhiễm môi trường tiếp nhận
(nước, đất, không khí…), lan
truyền và thông qua chuỗi thức
ăn gây ảnh hưởng đến sức khỏe
con người. Lượng bã thải sinh ra
từ quá trình hòa tách, khử sắt
quặng đồng sulfua và các công
đoạn khác nhau khi chế biến
hoặc tái chế bã thải giàu kim loại
nặng ngày càng nhiều do sự
hát triển của công nghiệp tái chế

ở nhiều quốc gia. Ở Việt Nam,
theo QCVN 07:2009 BTNMT và
Thông tư 36/2015/ BTNMT loại
bã thải này được xếp vào danh
mục các chất thải nguy hại [4].
Công nghệ xử lý các loại chất
thải này thường được lựa chọn là
đóng rắn kết hợp chôn lấp vónh
cửu tại nơi quy định. Việc nghiên
cứu tái sử dụng loại bã thải này
cho các mục đích khác nhau nhử
tieỏp tuùc taọn thu kim loaùi coự trong

36

Tài nguyên và Môi trờng

baừ baống caực bieọn phaựt taựch chieỏt
hoựa lyự [1,2], sử dụng làm nguyên
liệu màu cho gốm sứ đã và đang
thu được các kết quả nhất định.
Tuy nhiên các hướng tái sử dụng
này đều có các hạn chế nhất
định như giá thành cao, đồng thời
cũng phát sinh ra các chất thải
gây ô nhiễm khác. Việc đóng rắn
bã thải thành các sản phẩm gạch
không nung có thể giải quyết
được một số hạn chế của các
công nghệ trên.

Nghiên cứu được tiến hành
với mục đích tìm hiểu khả năng
phối liệu bã thải sau quá trình
hòa tách, khử sắt quặng đồng
sulfua cho sản xuất gạch không
nung bao gồm các nội dung
chủ yếu (i) Xác định tỷ lệ phối
trộn; (ii) Đánh giá thông số kỹ
thuật của sản phẩm; (iii) Đánh
giá mức độ rò rỉ của các thành
phần nguy hại chủ yếu sau khi
hóa rắn.
2. Đối tượng và phương
pháp nghiên cứu
2.1. Đối tượng nghiên cứu
Bã thải được lấy tại Công ty
Cổ phần tài nguyên và môi
trường làm vật liệu nghiên cứu.
Lượng bã thải đưa vào nghiên
cứu khoảng 100 kg.
Kú 2 - Th¸ng 12/2017

2.1. Lấy mẫu và phân tích
mẫu bã thải
Mẫu bã thải tươi (ngay sau
khi lấy) được aays mẫu theo
hướng dẫn tại QCVN 07:2009/
BTNMT sẽ được xác định pH;
xác định độ ẩm theo phương
pháp trọng lượng (sấy ở nhiệt độ

1050C đến trọng lượng không
đổi). Mẫu bã thải sau khi qua rây
1 mm được nghiền mịn (qua rây
0,1 mm) được công phá bằng
hỗn hợp axit đặc HCL, H2SO4 và
HF theo tỷ lệ 2:5:8. Dung dịch thu
được dùng để xác định hàm
lượng các kim loại nặng (Fe, Cu,
Mn) bằng phương pháp hấp phụ
nguyên tử (MUV-AAS 6800 Shimadzu, Nhật Bản).
2.2. Xử lý sơ bộ bã thải
Sau khi xác định pH, tiến
hành trung hòa bã thải bằng sữa
vôi Ca(OH)2 để đưa pH về
khoảng 6,8- 7,0. Tiến hành rút
nước và phơi khô, sau đó tiến
hành nghiền bã thải đến độ mịn
1-3 mm.
2.3. Hóa rắn, ổn định bã thải
Mẫu bã thải sau khi xử lý
(mục 2.2) được phối liệu với xi
măng, mạt đá, cát vàng làm
nguyên liệu sản xuất gạch không
nung theo tỷ lệ 40:35:15:10 (M3),


35:35:15:15 (M2); 35:30:15:20 (M1). Sau khi phối
trộn đều và tạo độ ẩm thích hợp sẽ được định
hình trong các khuôn mẫu tạo gạch và được nén
ép thủy lực theo quy trình công nghệ của Xí nghiệp

sản xuất vật liệu xây dựng Kim Phương, Đan
Phượng, Hà Nội.

Bảng 2: Một số thông số kỹ thuật của sản phẩm
với tỷ lệ phối trộn khác nhau

2.4. Đánh giá thông số kỹ thuật và mức độ
rò rỉ
Sản phẩm sau khi nén ép thủy lực, sau thời
gian chờ xi măng đông cứng khoảng 3 tuần ở điều
kiện nhiệt độ và không khí thích hợp. Mẫu gạch
được đo kiểm về cường độ chịu nén, độ hút nước
và so sánh với tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 6477 :
2016 [6]. Các sản phẩm được đánh giá mức độ
nguy hại và độ trơ (khía cạnh an toàn môi trường)
theo EPA (TLCP) [1] bằng cách phân tích hàm
lượng kim loại (Fe, Cu, Mn) sau khi ngâm mẫu gạch
trong môi trường pH = 4 (HNO3) với tỷ lệ mẫu: dung
dịch = 1:19.
3. Kết quả nghiên cứu
3.1. Tính chất của bã thải
Bã thải sau khi được xử lý sơ bộ và phân tích
thành phần một số kim loại nặng. Kết quả cho thấy
thành phần Cu, Fe, Mn trong bã thải (trọng lượng
khô) khá lớn, hàm lượng pH = 5,1, độ ẩm lớn
khoảng 72%. Đặc biệt Cu vượt 12 lần so với QCVN
07:2009/BTNMT[4].
Bảng 1: Thành phần của bã thải

3.2. Thông số kỹ thuật của vật liệu sau khi ép

đều thấp hơn từ 1,12 – 1,26 lần, ccuowngf độ nén
trung bình đạt 13,9 N/m2. Khi so sánh các thông số
kỹ thuật theo TCVN 6477 : 2016 (Bảng 2) thì cả 3
mẫu đều đạt yêu cầu đối với mác gạch M12,5.
3.3. Kết quả đánh giá mức độ an toàn về
môi trường
Kết quả phân tích hàm lượng một số kim loại
nặng trong mẫu nước sau khi ngâm sản phẩm
trong môi trường axit pH = 4 theo hướng dẫn của
QCVN 07:2009/BTNMT, tương tự hướng dẫn của
EPA đối với phép thử TCLP sau thời gian 18h
(Bảng 3) [1].
Kết quả phân tích cho thấy đối với các mẫu M1,
M2 và M3 sau khi được ổn định hóa rắn tạo vật liệu
gạch không nung tính chất nguy hại đối với các chỉ
tiêu kim loại nặng đều thấp hơn so với giới hạn tối
đa cho phép (QCVN 40:2011/BTNMT, cột B). Hàm
lượng Cu ngâm trong 02 mẫu thử nghiệm (M1, M2)
Bảng 3: Kết quả phân tích hàm lượng
một số kim loại nặng trong mẫu nước (mg/l)
theo phương pháp thử TCLP

Hình 1: Hàm lượng kim loại trong nước sau khi
ngâm các sản phẩm (môi trường pH = 4)

Sản phẩm gạch sử dụng bã thải thay thế một
phần xi măng, cát vàng, mạt đá theo tỷ lệ như mục
2.3 sau khi được nén ép thủy lực được ổn định sau
21 ngày được chuyển về phòng thí nghiệm của

Viện công nghệ bê tông để đánh giá các đặc tính
kỹ thuật như cường độ nén, độ hút nước theo TCVN
6477 : 2016 [6]. Kết quả thí nghiệm thể hiện trong
Bảng 2.
Khi so sánh các mẫu M1, M2, M3 với mẫu đối
chứng không trộn thì cường độ nén, ủoọ huựt nửụực
Tài nguyên và Môi trờng

Kỳ 2 - Tháng 12/2017

37


đều có nồng độ dưới tiêu chuẩn cho phép khi so
sánh với (QCVN 40:2011/BTNMT, cột B) [5] từ 4,54
đến 6,31 lần. Hàm lượng Cu cao nhất với mẫu M1,
tương ứng với tỷ lệ phối trộn 35:30:15:20, tiếp là
mẫu M2.
Hàm lượng Fe đều cũng có xu hướng tăng
dần theo tỷ lệ lượng bã được phối trộn. Lượng
Fe trong mẫu nước ngâm tăng dần từ mẫu
M3Đối với Mn, lượng Mn thôi ra nhiều nhất tại mẫu
M1 (0,11 mg/l) nhỏ hơn quy chuẩn cho phép 1,65
lần. Hàm lượng Fe thôi ra từ các mẫu sản phẩm
đều tăng lên khi tỷ lệ phối trộn bã thải vào nguyên
liệu tăng.
4. Thảo luận
Lượng bã thải phát sinh sau qua trình hòa
tách và khử sắt quặng đồng sulfua sẽ ngày càng

nhiều do sự phát triển của công nghệ luyện kim
và tái chế. Lượng bã thải này sẽ tạo ra mối đe dọa
đối với môi trường tự nhiên cũng như sức khỏe
cộng đồng do tính chất nguy hại của nó nếu không
có hướng xử lý hiệu quả. Nghiên cứu tận dụng
bã thải, hạn chế chôn lấp được thực hiện ở nhiều
quốc gia. Tại phương Tây, hướng tái chế, tận thu
kim loại là phổ biến do trình độ công nghệ và tài
chính lớn. Tại Việt Nam, năm 2013, Nguyễn Phi
Hùng cùng cộng sự tại trường Đại học Quy Nhơn
đã công bố nghiên cứu về xử lý và ổn định hóa rắn
tại Dự án sản xuất thử nghiệm gạch không nung từ
xúc tác FCC đã qua sử dụng của nhà máy lọc dầu
Dung Quất. Kết quả thực nghiệm cho thấy, điều
kiện đóng rắn phù hợp là: tỉ lệ khối lượng phối liệu
35% chất FCC đã qua sử dụng; lực nén ép 110
kg/cm2 [3].
Sản phẩm sau khi được tạo ra ngoài việc
được kiểm định các chỉ tiêu kỹ thuật về vật liệu
gạch không nung còn được đánh giá mức độ trơ
đối với môi trường. Nghiên cứu cho thấy các tỷ lệ
phối liệu khác nhau (M3, M2, M1) thì tính chất
của nước ngâm đều có hàm lượng Cu, Fe và Mn
đều thấp hơn so với quy chuẩn…Thực tế cho thấy,
khi công trình hoàn thiện, vật liệu này được che
phủ bới 1 lớp vữa xi măng tạo lớp ngăn cách gạch
với môi trường bên ngoài, nhất là với nước mưa.
Rủi ro chỉ tăng leõn khi coõng trỡnh bũ phaự boỷ, khi

38

Tài nguyên và Môi trờng

Kỳ 2 - Tháng 12/2017

ủoự caực saỷn phaồm naứy trở thành chất thải.
Các nghiên cứu tiếp theo về mức độ rò rỉ và
lan truyền của kim loại ra môi trường đối với sản
phẩm sau sử dụng cần được tiếp tục nghiên cứu và
đánh giá.
5. Kết luận
Bã thải từ quá trình hòa tách và khử sắt
quặng đồng sulfua được xếp vào danh mục
chất thải nguy hại. Hàm lượng Cu lên đến 5521
mg/kg, Fe 3218 mg/kg, Mn 1203 mg/kg trọng
lượng khô, độ pH = 5,1. Công nghệ ổn định hóa
rắn tạo sản phẩm gạch không nung được áp
dụng để xử lý bã thải. Các sản phẩm sau khi
nén ép với tỷ lệ phối liệu khác nhau đều đảm
bảo yêu cầu kỹ thuật đối với mác M12,5. Tính chất
nguy hại của bã thải khi phối liệu và nén ép đã được
xử lý. Tính trơ của sản phẩm trong môi trường axít
đảm bảo nước sau khi tiếp xúc với sản phẩm đạt
QCVN 40:2011/BTNMT. Các nghiên cứu về ảnh
hưởng lâu dài của sản phẩm đến môi trường cũng
như đánh giá hiệu quả kinh tế cần tiếp tục để hoàn
thiện công nghệ.
Lời cảm ơn
Bài viết này được lấy một phần số liệu từ đề tài
cơ sở thường xuyên và cán bộ trẻ năm 2017

“Nghiên cứu xử lý, tận dụng bã thải sau quá trình
hòa tách và khử sắt của quặng đồng sulfua phối liệu
làm vật liệu xây dựng”.
Tài liệu tham khảo
[1] EPA, Test Method 1311 – TLCP, Toxicity
Characteristic Leaching Procedure, 1992.
[2] G.Tchobanoglous, H. Theisen, R. eliassen,
Solid Wastes: Enginneering Principles and managenment Issues, Mcgraw-Hil Book company, 1977.
[3] Nguyễn Phi Hùng, 2013. Báo cáo tổng kết
Dự án “Sản xuất thử nghiệm gạch không nung từ
xúc tác FCC đã qua sử dụng của nhà máy lọc dầu
Dung Quất”. Trường Đại học Quy Nhơn, Bình Định,
245 trang.
[4] QCVN 07:2009/BTNMT: Quy chuẩn kỹ thuật
quốc gia về Ngưỡng chất thải nguy hại
[5] QCVN 40:2011/BTNMT: Quy chuẩn kỹ thuật
quốc gia về nước thải công nghiệp
[6] TCVN 6477 : 2016: Tiêu chuẩn gạch Block
bê tông.n