Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Nghiên cứu sử dụng bùn đỏ làm vật liệu xử lý florua trong nước ăn uống và sinh hoạt

Chia sẻ: Na Na | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:96

Thêm vào BST

Báo xấu

60
lượt xem 9
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận văn sau đây đi nghiên cứu sử dụng bùn đỏ làm vật liệu xử lý florua trong nước ăn uống và sinh hoạt. Luận văn có kết cấu gồm 3 chương. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Nghiên cứu sử dụng bùn đỏ làm vật liệu xử lý florua trong nước ăn uống và sinh hoạt

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ----------------------- LÊ THỊ THÙY LINH NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG BÙN ĐỎ LÀM VẬT LIỆU XỬ LÝ FLORUA TRONG NƯỚC ĂN UỐNG VÀ SINH HOẠT LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội – 2013
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ------------------------ LÊ THỊ THÙY LINH NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG BÙN ĐỎ LÀM VẬT LIỆU XỬ LÝ FLORUA TRONG NƯỚC ĂN UỐNG VÀ SINH HOẠT Chuyên ngành: Hóa Môi Trường Mã số: 60 44 41 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. PHƯƠNG THẢO Hà Nội - 2013
LỜI CẢM ƠN Với lòng biết ơn sâu sắc, em xin chân thành cảm ơn TS. Phương Thảo, người đã giao đề tài và hướng dẫn em tận tình trong suốt quá trình làm luận văn. Để hoàn thành luận văn này, em không thể không nhắc đến sự ủng hộ giúp đỡ rất nhiệt tình và những ý kiến đóng góp quý báu của PGS.TS Trần Hồng Côn cùng các thầy, cô trong phòng thí nghiệm Hóa Môi Trường. Đồng thời em cũng xin chân thành cảm ơn các anh, chị, các bạn và các em trong phòng thí nghiệm Hóa Môi Trường đã nhiệt tình giúp đỡ và tạo điều kiện thuân lợi để em có thể hoàn thành luận văn này. Em xin chân thành cảm ơn! Học viên cao học Lê Thị Thùy Linh
DANH MỤC BẢNG BIỂU Số hiệu Tên bảng Trang bảng Thành phần hóa học của bùn đỏ theo các quá trình thủy phân 1.1 3 khác nhau Thành phần bùn đỏ lấy từ nhà máy hóa chất Tân Bình tại thành 1.2 4 phố Hồ Chí Minh Thành phần nguyên tố của bùn đỏ Bảo Lộc (Phương pháp phổ 1.3 4 huỳnh quang tia X-XRF) Thành phần khoáng của bùn đỏ theo quá trình thủy phân khác 1.4 5 nhau Dung lượng hấp phụ của các vật liệu trên cơ sở bùn đỏ để loại các 1.5 8 ion kim loại khác nhau ra khỏi nước Dung lượng hấp phụ của các vật liệu trên cơ sở bùn đỏ để loại các 1.6 9 phẩm nhuộm khác nhau ra khỏi nước Dung lượng hấp phụ của các vật liệu trên cơ sở bùn đỏ để loại các 1.7 9 hợp chất phenol độc hại ra khỏi nước Dung lượng hấp phụ của các vật liệu chế tạo từ bùn đỏ khi loại bỏ 1.8 10 các anion vô cơ khác nhau ra khỏi nước Kết quả tỷ lệ % mắc bệnh Fluorosis theo giới tính của ba huyện 1.9 16 Vân Canh, Tây Sơn, An Nhơn Kết quả tỷ lệ % mắc bệnh Fluorosis theo độ tuổi của ba huyện Vân 1.10 16 Canh, Tây Sơn, An Nhơn Thành phần của bùn đỏ từ nhà máy lọc dầu bauxit Alcoa 1.11 25 Kwinana, Tây Úc
3.1 Kết quả xách định pHpzc của vật liệu RM 41 3.2 Kết quả xách định pHpzc của vật liệu TRM 43 3.3 Kết quả xách định pHpzc của vật liệu Mg-RM 45 3.4 Kết quả xách định pHpzc của vật liệu Ce-RM 47 Mối quan hệ giữa nồng độ florua và độ hấp thụ quang (ABS) theo 3.5 48 phương pháp SPADNS 3.6 Kết quả khảo sát thời gian cân bằng hấp phụ của vật liệu RM 49 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của pH tới khả năng hấp phụ 3.7 50 của vật liệu RM 3.8 Kết quả khảo sát tải trọng hấp phụ của vật liệu RM 52 3.9 Kết quả khảo sát thời gian cân bằng hấp phụ của vật liệu TRM 54 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của pH tới khả năng hấp phụ 3.10 55 của vật liệu TRM 3.11 Kết quả khảo sát tải trọng hấp phụ của vật liệu TRM 56 3.12 Kết quả khảo sát thời gian cân bằng hấp phụ của vật liệu Mg-RM 59 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của pH tới khả năng hấp phụ của vật 3.13 60 liệu Mg-RM 3.14 Kết quả khảo sát tải trọng hấp phụ của vật liệu Mg-RM 63 3.15 Kết quả khảo sát thời gian cân bằng hấp phụ của vật liệu Ce-RM 65 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của pH tới khả năng hấp phụ của vật 3.16 66 liệu Ce-RM 3.17 Kết quả khảo sát tải trọng hấp phụ của vật liệu Ce-RM 68 Các thông số của phương trình đẳng nhiệt Langmuir và 3.18 Freundlich cho quá trình hấp phụ florua của vật liệu RM, TRM, 70 Mg-RM và Ce-RM
So sánh tải trọng hấp phụ của các vật liệu RM, TRM, Mg-RM, 3.19 71 Ce-RM với các vật liệu khác Ảnh hưởng của Cl- đến khả năng hấp phụ của vật liệu Mg-RM và 3.20 72 Ce-RM Ảnh hưởng của HCO3- đến khả năng hấp phụ của vật liệu Mg-RM 3.21 74 và Ce-RM Ảnh hưởng của PO43- đến khả năng hấp phụ của vật liệu Mg-RM 3.22 75 và Ce-RM
DANH MỤC HÌNH VẼ Số hiệu Tên hình vẽ Trang hình vẽ 2.1 Tia tới và tia phản xạ trên tinh thể 31 2.2 Sơ đồ nguyên lý của kính hiển vi điện tử quét 33 2.3 Đồ thị xác định pHpzc của vật liệu 34 2.4 Đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir 36 2.5 Đồ thị dạng tuyến tính của phương trình Langmuir 37 2.6 Đường hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich 38 2.7 Đồ thị dạng tuyến tính của phương trình Freundlich 38 3.1 Giản đồ XRD của vật liệu RM 40 3.2 Hình ảnh bề mặt vật liệu RM qua kính hiển vi điện tử quét 41 3.3 Đồ thị xác định pHpzc của vật liệu RM 41 3.4 Giản đồ XRD của vật liệu TRM 42 3.5 Hình ảnh bề mặt vật liệu TRM qua kính hiển vi điện tử quét 43 3.6 Đồ thị xác định pHpzc của vật liệu TRM 43 3.7 Giản đồ XRD của vật liệu Mg-RM 44 3.8 Hình ảnh bề mặt vật liệu Mg-RM qua kính hiển vi điện tử quét 45 3.9 Đồ thị xác định pHpzc của vật liệu Mg-RM 45 3.10 Giản đồ XRD của vật liệu Ce-RM 46 3.11 Hình ảnh bề mặt vật liệu Ce-RM qua kính hiển vi điện tử quét 47 3.12 Đồ thị xác định pHpzc của vật liệu Ce-RM 47 3.13 Đồ thị đường chuẩn phân tích florua 48 3.14 Đồ thị biểu diễn thời gian cân bằng hấp phụ của RM 49 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ florua 3.15 50 của vật liệu RM
3.16 Giản đồ XRD vật liệu RM sau hấp phụ florua 51 Phương trình tuyến tính Langmuir mô tả quá trình hấp phụ 3.17 52 floruacủa vật liệu RM Phương trình tuyến tính Freundlich mô tả quá trình hấp phụ 3.18 53 florua của vật liệu RM 3.19 Đường hấp phụ đẳng nhiệt của vật liệu RM 53 3.20 Đồ thị biểu diễn thời gian cân bằng hấp phụ của TRM 54 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ florua 3.21 55 của vật liệu TRM Phương trình tuyến tính Langmuir mô tả quá trình hấp phụ florua 3.22 57 của vật liệu TRM Phương trình tuyến tính Freundlich mô tả quá trình hấp phụ 3.23 57 florua của vật liệu TRM 3.24 Đường hấp phụ đẳng nhiệt của vật liệu TRM 58 3.25 Giản đồ XRD của vật liệu TRM sau hấp phụ florua 58 3.26 Đồ thị biểu diễn thời gian cân bằng hấp phụ của Mg-RM 59 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ florua 3.27 60 của vật liệu Mg-RM 3.28 Giản đồ XRD của vật liệu Mg-RM sau hấp phụ florua 62 Phương trình tuyến tính Langmuir mô tả quá trình hấp phụ florua 3.29 63 của vật liệu Mg-RM Phương trình tuyến tính Freundlich mô tả quá trình hấp phụ 3.30 64 florua của vật liệu Mg-RM 3.31 Đường hấp phụ đẳng nhiệt của vật liệu Mg-RM 64 3.32 Đồ thị biểu diễn thời gian cân bằng hấp phụ của Ce-RM 65 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ florua 3.33 66 của vật liệu Ce-RM 3.34 Giản đồ XRD vật liệu Ce-RM sau hấp phụ florua 67
Phương trình tuyến tính Langmuir mô tả quá trình hấp phụ florua 3.35 68 của vật liệu Ce-RM Phương trình tuyến tính Freundlich mô tả quá trình hấp phụ 3.36 69 florua của vật liệu Ce-RM 3.37 Đường hấp phụ đẳng nhiệt của vật liệu Ce-RM 69 Đồ thị ảnh hưởng của Cl- đến khả năng hấp phụ của vật liệu Mg- 3.38 73 RM và Ce-RM Đồ thị ảnh hưởng của HCO3- đến khả năng hấp phụ của vật liệu 3.39 74 Mg-RM và Ce-RM Đồ thị ảnh hưởng của phốtphát đến khả năng hấp phụ của vật 3.40 76 liệu Mg-RM và Ce-RM
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT STT Viết tắt Tên tiếng anh Tên tiếng việt 1 XRD X-Ray Diffraction Nhiễu xạ tia X Scanning Electron 2 SEM Kính hiển vi điện tử quét Microscope 3 pHpzc pH-Point of zero charge pH tại điểm đẳng điện 4 RM Bùn đỏ trung hòa kiềm 5 TRM Bùn đỏ biến tính nhiệt 6 Mg-RM Bùn đỏ biến tính bởi magiê clorua 7 Ce-RM Bùn đỏ biến tính bởi xeri oxit 8 TLTK Tài liệu tham khảo
MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU ........................................................................................................ 1 CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN ................................................................................. 2 1.1. Bùn đỏ ............................................................................................................. 2 1.1.1. Giới thiệu về bùn đỏ .............................................................................. 2 1.1.2. Thành phần và đặc điểm của bùn đỏ ...................................................... 3 1.1.3. Tình hình nghiên cứu tái sử dụng bùn đỏ............................................... 6 1.2. Florua và các phương pháp xử lý florua ......................................................... 10 1.2.1. Nguồn gốc và phân bố florua .............................................................. 10 1.2.2. Tính chất vật lý và hóa học của florua ................................................. 11 1.2.3. Độc tính của florua.............................................................................. 14 1.2.4. Tình hình ô nhiễm florua hiện nay....................................................... 15 1.2.5. Các phương pháp xử lý florua ............................................................. 18 Chương 2- THỰC NGHIỆM ................................................................................ 26 2.1. Mục tiêu và nội dung nghiên cứu của luận văn .............................................. 26 2.1.1. Mục tiêu nghiên cứu........................................................................... 26 2.1.2. Nội dung nghiên cứu ........................................................................... 26 2.2. Hóa chất và dụng cụ ...................................................................................... 26 2.2.1. Hóa chất .............................................................................................. 26 2.2.2. Dụng cụ và thiết bị .............................................................................. 28 2.3. Phương pháp phân tích florua bằng phương pháp SPADNS.......................... 28 2.4. Chế tạo các loại vật liệu hấp phụ florua từ bùn đỏ .......................................... 28 2.4.1. Trung hòa bùn đỏ thô .......................................................................... 28 2.4.2. Biến tính bùn đỏ bằng phương pháp nhiệt ........................................... 29 2.4.3. Biến tính bùn đỏ bằng phương pháp ngâm tẩm magiê clorua .............. 29
2.4.4. Biến tính bùn đỏ bằng đất hiếm xeri oxit ............................................. 29 2.5. Các phương pháp đánh giá đặc tính của vật liệu hấp phụ ............................... 30 2.5.1. Phương pháp nhiễu xạ tia Rơnghen (XRD) ......................................... 30 2.5.2. Phương pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM) ..................................... 32 2.5.3. Phương pháp xác định giá trị pH tại điểm đẳng điện ........................... 33 2.5.4. Phương pháp đánh giá khả năng hấp phụ florua của vật liệu ............... 35 Chương 3 – KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ........................................................... 40 3.1. Nghiên cứu chế tạo vật liệu hấp phụ florua từ bùn đỏ .................................... 40 3.1.1. Bùn đỏ trung hòa kiềm (RM) .............................................................. 40 3.1.2. Bùn đỏ biến tính nhiệt (TRM) ............................................................. 42 3.1.3. Bùn đỏ biến tính bởi magiê clorua (Mg-RM) ...................................... 44 3.1.4. Bùn đỏ biến tính bởi đất hiếm xeri oxit (Ce-RM) ................................ 46 3.2. Nghiên cứu khả năng hấp phụ florua của các vật liệu..................................... 48 3.2.1. Đường chuẩn xác định nồng độ florua ................................................. 48 3.2.2. Khả năng hấp phụ florua của vật liệu RM ........................................... 48 3.2.3. Khảo sát khả năng hấp phụ florua của vật liệu TRM ........................... 54 3.2.4. Khảo sát khả năng hấp phụ florua của vật liệu Mg-RM ....................... 58 3.2.5. Khảo sát khả năng hấp phụ florua của vật liệu Ce-RM ........................ 64 3.3. Nghiên cứu ảnh hưởng của các anion cạnh tranh đến quá trình hấp phụ florua72 3.3.1. Ảnh hưởng của clorua ......................................................................... 72 3.3.2. Ảnh hưởng của bicacbonat .................................................................. 73 3.3.3. Ảnh hưởng của phốtphát ..................................................................... 75 KẾT LUẬN .......................................................................................................... 77 TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................... 79
Luận văn thạc sĩ LỜI MỞ ĐẦU Sự có mặt của florua trong nước uống có thể có lợi hoặc có hại cho sức khỏe phụ thuộc vào nồng độ của nó. Trong nước uống nồng độ F- chấp nhận được khoảng 0,5-1,5 mg/L. Giá trị nồng độ 1,5 mg/L đã được đề xuất bởi WHO, nhưng không phải là một giá trị cố định, nó được điều chỉnh để phù hợp với điều kiện của từng quốc gia như điều kiện khí hậu, thể tích đầu vào nước, và đầu vào của F- từ các nguồn khác. Môi trường ô nhiễm florua do hai nguồn chính là tự nhiên và con người gây ra. Florua phát thải vào môi trường tự nhiên qua việc khai thác khoáng sản, khí thải từ núi lửa. Các nguồn thải nghiêm trọng qua khí thải, nước thải và chất thải từ nhiều hoạt động công nghiệp khác nhau, bao gồm sản xuất thép, sản xuất nhôm, đồng và niken, sản xuất thủy tinh, gạch, gốm sứ, keo dán và chất kết dính và trong quá trình sản xuất và sử dụng phân bón photphat. Nhiều phương pháp đã được phát triển để loại bỏ hàm lượng florua dư thừa từ nước, ví dụ phương pháp hấp phụ, trao đổi ion, kết tủa, điện thẩm tách, thẩm thấu ngược, và lọc nano. Trong số những phương pháp này, hấp phụ là một trong những kỹ thuật quan trọng được sử dụng để loại bỏ florua từ nước vì dễ vận hành và chi phí thấp, đặc biệt là đối với các hộ gia đình cá nhân và hệ cộng đồng nhỏ. Các chất hấp phụ khác nhau đã được sử dụng để loại florua bao gồm nhôm hoạt tính, than hoạt tính, than xương, tổng hợp ion trao đổi, vật liệu tổng hợp, và hỗn hợp oxit đất hiếm,… Trong những năm gần đây, người ta đã đặc biệt chú ý đến việc nghiên cứu các loại vật liệu khác nhau từ các khoáng chất tự nhiên như kaolinite, bentonite, lignite, montmorillonite, laterite, and bùn đỏ. Bùn đỏ (chất thải từ bauxit của quá trình sản xuất nhôm) thải ra như một sản phẩm phụ không mong muốn trong quá trình. Chính vì vậy, với mong muốn chế tạo được những vật liệu hấp phụ florua trên cơ sở bùn đỏ có hiệu quả xử lý cao. Chúng tôi đã thực hiện đề tài “Nghiên cứu sử dụng bùn đỏ làm vật liệu xử lý florua trong nước ăn uống và sinh hoạt” Lê Thị Thùy Linh 1 Lớp K21-Cao học Hóa Môi Trường
Luận văn thạc sĩ CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN 1.1. Bùn đỏ Năm 1888, Karl Joseph Bayer sáng tạo công nghệ mang tên mình (Bayer) trong sản xuất Al2O3 từ bauxit đã làm giảm đáng kể giá thành của nhôm khiến cho từ đó nhôm không còn là kim loại quý hiếm nữa. Song song với hàng triệu tấn nhôm được sản xuất hàng năm thì đi kèm với nó là lượng rất lớn “bùn đỏ” (tiếng Anh là Red mud) được thải ra môi trường. Trung bình cứ sản xuất một tấn Al2O3 thì thải ra 1-1,5 tấn bùn đỏ tùy thuộc chất lượng quặng bauxit đầu vào. Với hàm lượng oxit sắt chiếm đến 60% và độ kiềm cao (pH>13) được xả ra môi trường, nó đang trở thành mối đe dọa rất lớn đến cuộc sống con người và môi trường sinh thái. Việc xử lý bùn đỏ làm giảm thiểu tác hại của nó đối với con người, hơn nữa nghiên cứu tái sử dụng chính nó làm vật liệu xử lý trong môi trường đang là vấn đề được nhiều nhà khoa học trên thế giới và trong nước quan tâm. 1.1.1. Giới thiệu về bùn đỏ Quặng bauxit bao gồm các thành phần chính như Al2O3 + SiO2 + TiO2 + Fe2O3… Theo công nghệ Bayer, bauxit thô được nghiền rửa để thu được quặng tinh bauxit, quặng tinh được nấu cùng với xút (NaOH) và sữa vôi trong lò áp lực đến nhiệt độ khoảng 120-200oC (quá trình hòa tan aluminat). Dung dịch aluminat (NaAlO2) sau đó được tách ra đem kết tủa tạo thành Al(OH)3, rửa và nung Al(OH)3 sẽ thu được Al2O3 là bột màu trắng có hàm lượng Al2O3 chiếm tới 98,5-99,5%. Phần còn lại sau khi tách Al2O3 gọi là bùn đỏ được thải bỏ. Quá trình điều chế Alumina, bauxit được nghiền nhỏ. Do đó, bùn thải khi khô là các hạt bụi mịn (60% hạt có ф < 1 μm) dễ phát tán vào không khí gây ô nhiễm môi trường, tiếp xúc thường xuyên với bụi này gây ra các bệnh về da, mắt. Pha lỏng của bùn đỏ có tính kiềm gây ăn mòn đối với vật liệu. Khi không được thu gom, cách ly với môi trường, nước này có thể thấm vào đất ảnh hưởng đến cây trồng, xâm nhập vào mạch nước ngầm gây ô nhiễm nguồn nước. Nước thải từ bùn Lê Thị Thùy Linh 2 Lớp K21-Cao học Hóa Môi Trường
Luận văn thạc sĩ tiếp xúc với da gây tác hại như ăn da, làm mất đi lớp nhờn làm da khô ráp, sần sùi, chai cứng, nứt nẻ, đau rát, có thể sưng tấy và loét mủ ở vết rách xước trên da. 1.1.2. Thành phần và đặc điểm của bùn đỏ Thành phần hóa và khoáng của quặng bauxit rất phức tạp, quyết định quá trình thủy phân và các thông số của quá trình. Do đó, thành phần hóa và khoáng cũng như tính chất vật lý của bùn đỏ cũng khác nhau trong các thiết bị sản xuất nhôm oxit khác nhau [34]. Bảng 1.1. Thành phần hóa học của bùn đỏ theo các quá trình thủy phân khác nhau Weipa Tromnetas South Darling Iszka Pamasse (Úc) (Brasil) Manchester Range (Hungary) (Hi Lạp) (Jamaica) (Úc) Nhiệt độ 2400C 143 0C 245 0C 1430C 240 0C 2600C thủy phân Thành phần Al2O3 17,2 13,0 10,7 14,9 14,4 13,0 SiO2 15,0 12,9 3,0 42,6 12,5 12,0 Fe2O3 36,0 52,1 61,9 28,0 38,0 41,0 TiO2 12,0 4,2 8,1 2,0 5,5 6,2 Na2O 9,0 9,0 2,3 1,2 7,5 7,5 CaO - 1,44 2,8 2,4 7,6 10,9 Khác 3,5 1,0 2,8 2,4 4,9 2,3 Một lượng lớn xút là sự kết hợp của các chất theo công thức (Na-Al- Hydrosilicate). Dung dịch kiềm được liên kết với các chất lỏng kết dính và tăng nồng độ nhờ sự cô đặc. Một số nghiên cứu thành phần hóa học bùn đỏ ở Việt Nam: Lê Thị Thùy Linh 3 Lớp K21-Cao học Hóa Môi Trường
Luận văn thạc sĩ Bảng 1.2. Thành phần bùn đỏ lấy từ nhà máy hóa chất Tân Bình tại thành phố Hồ Chí Minh [13]. Fe2O3 Al2O3 SiO2 Na2O TiO2 CaO SO2 P2O5 Cr2O3 47,44% 31,25% 6,17% 6,64% 6,73% 0,41% 0,44% 0,24% 0,22% Bảng 1.3. Thành phần nguyên tố của bùn đỏ Bảo Lộc (Phương pháp phổ huỳnh quang tia X-XRF) [14]. Thành phần Thành phần % khối lượng % khối lượng hóa học hóa học Al2O3 27,67 P 2 O5 0,163 Fe2O3 36,28 Cr2O3 0,120 SiO2 8,486 CuO 0,015 CaO 0,066 ZnO 0,01 TiO2 5,389 ZrO2 0,064 MnO 0,045 SO3 0,221 K2 O 0,024 MKN 20,33 Thành phần khoáng của bùn đỏ Thành phần khoáng có thể tìm được trong bùn đỏ bao gồm: gibssite, Boemite, diasporite, hematite, goethite, manhetite, cao lanh, SiO2, Na-Al-SiO2.H2O (sodalit, carinit,…), anata, rutin, CaCO3, Ca(Mg, Al, Fe), Ca-Al-SiO2,…Hai khoáng cuối có được khi quá trình thủy phân tiến hành ở nhiệt độ cao. Bùn đỏ có thể bao gồm cả thành phần vô định hình. Lê Thị Thùy Linh 4 Lớp K21-Cao học Hóa Môi Trường
Luận văn thạc sĩ Bảng 1.4. Thành phần khoáng của bùn đỏ theo quá trình thủy phân khác nhau [34]. Thành phần Weipa Trombetas South Darling Iszka Paramsse (%) Manchester Range Gibbsite 33,0 - 33,0 5,6 - - Hematite 3,5 38,0 3,5 14,5 33,0 38,0 Goethite 18,0 19,0 10,0 14,5 6,0 1,0 Illite 2,0 - - 4,7 - - Boehmite 2,0 0,6 2,0 3,5 0,8 0,6 Diaspore - 1,2 2,0 2,5 0,7 0,6 Ca-Al-silicate - - - 1,7 12,5 10,0 CaTiO3 - 1,5 - - 7,0 10,05 Caleite 0,5 1,4 - 2,3 3,0 3,6 Quartz 6,0 2,2 0,5 37,1 - - Anatase 2,0 2,5 6,0 1,0 - - Rutile 6,0 0,8 2,0 - - - Na-titanates - - 6,0 0,6 - - Magnetite - - - 1,3 - - Chamosite - - - - - 6,0 Khác - 5,8 - 3.4 5,0 3,7 Các kết quả đo bằng nhiễu xạ tia X chỉ ra rằng goethite (7-9%), hematite (15- 17%), Gibbsite chiếm thành phần lớn trong bùn đỏ và đóng vai trò quan trọng trong việc hấp phụ các anion. Độ kiềm trong bùn đỏ được tích lũy do phương pháp xử lý và lưu trữ để tận thu kiềm lên độ kiềm ở mức rất cao lên đến pH>13 hơn cả loại thuốc tẩy mạnh nhất. Nó có thể gây bỏng nặng, nếu vào mắt, miệng mà không được tẩy rửa nhanh sẽ gây tổn thương rất nghiêm trọng. Chất kiềm trong bùn đỏ có thể tiêu diệt một phần thảm thực vật, làm hư hại đất canh tác. Đặc biệt khi chảy xuống sông, bùn đỏ sẽ làm chết rất nhiều sinh vật như cá, tôm do nó có độ pH cao và có thể hấp phụ các kim loại nặng và các anion,.. Lê Thị Thùy Linh 5 Lớp K21-Cao học Hóa Môi Trường
Luận văn thạc sĩ Ở Việt Nam, theo tập đoàn than và khoáng sản Việt Nam, quy hoạch phát triển bauxit ở Tây Nguyên đến năm 2015, mỗi năm sản xuất khoảng 7 triệu tấn, tương đương với việc cho ra 10 triệu tấn bùn đỏ. Cứ như thế sau 50 năm sẽ có 1,15 tỉ tấn bùn đỏ tồn đọng trên vùng đất Tây Nguyên. Như vậy ở các nước trên thế giới và cả ở Việt Nam, công nghiệp sản xuất nhôm vẫn đã và đang phát triển, lượng bùn đỏ thải không ngừng làm cho các nhà khoa học cần phải có nhiều nghiên cứu hơn nữa trong việc xử lý bùn đỏ, mục đích lớn hơn là tái sử dụng nó trở thành vật liệu thân thiện với môi trường. 1.1.3. Tình hình nghiên cứu tái sử dụng bùn đỏ - Trong cách xử lý truyền thống: Giải pháp thiết kế, xây dựng hồ chứa bùn (thải bằng công nghệ ướt) là hồ chứa được thiết kế chống thấm tuyệt đối bằng vật liệu địa kĩ thuật (High Density Polyethylene Material-HDPM) và chống tràn bằng các đập chắn vững chắc và hệ thống hút nước trung tâm, bơm nước tuần hoàn để thảo khô hồ và tái sử dụng nước có chứa kiềm cho nhà máy sản xuất alumin. Bùn đỏ sau khi khô được san ủi thành từng lớp, sau đó phủ một lớp đất màu lên trên và trồng cây để cải tạo giá trị thổ nhưỡng. Đây là giải pháp rất phổ biến và có độ tin cậy cao trong hàng chục năm ở nhiều nước trên thế giới như EU, Mỹ, Australia, Brazil, Jamaica,…Tuy nhiên phương pháp này nếu xảy ra rủi ro trong việc lưu giữ sẽ lại xảy ra thảm họa ở Hungary thánh 6/2010. Do đó phương pháp này chưa thực sự tối ưu, ổn định trong một thời gian dài. - Giảm độ pH: Giải pháp làm giảm độ pH cao (10-13) xuống đến mức an toàn (pH=6-8) bằng cách chôn lấp khí CO2 trong hồ bùn đỏ (theo Alcoa, Mỹ), hoặc hòa trộn muối canxi và magie (theo Virotec, Australia) sẽ đáp ứng được yêu cầu lưu giữ lâu dài hàng chục triệu tấn bùn đỏ một cách an toàn, đồng thời tái sử dụng một phần (hàng triệu tấn/năm). - Sử dụng bùn đỏ làm vật liệu trong xây dựng: Trong công nghiệp sản xuất xi măng Portlan, người ta đã tiến hành trộn 3,5% bùn đỏ vào nguyên liệu đầu vào trước khi nung clinke tiến hành ở nhiệt độ tối ưu là 1430 0C. Loại xi măng đó được Lê Thị Thùy Linh 6 Lớp K21-Cao học Hóa Môi Trường
Luận văn thạc sĩ mang tên (PC)RM, còn loại xi măng không cho bùn đỏ là (PC)ref. Sau đó tiến hành phân tích các chỉ tiêu trong 2 loại xi măng này. Kết quả cho thấy hàm lượng CaO tự do trong xi măng có trộn bùn đỏ (PC)RM đạt 1,94%, các chỉ tiêu khác như Al2O3, Fe2O3, TiO2 đều đạt tiêu chuẩn cho phép. Các kết quả phân tích cấu trúc khác như X-Ray, BET,.. đều đạt yêu cầu [45]. Dùng bùn đỏ để sản xuất gạch đất sét nung: với tỷ lệ bùn đỏ từ 40% đến 90% tổng khối lượng nguyên liệu khô và nhiệt độ nung từ 6000C mẫu gạch từ hệ đất sét-bùn đỏ có thể đạt được cường độ nén trên 50 kg/cm2 và độ bền trên 0,75 [13]. - Sử dụng bùn đỏ làm vật liệu hấp phụ các chất độc hại trong nước và nước thải: như các ion kim loại, phẩm màu, hợp chất phenolic, các anion vô cơ,... + Việc sử dụng bùn đỏ để loại bỏ As ra khỏi nước đã được nghiên cứu. Altundog˘an và cộng sự [19] đã sử dụng bùn đỏ loại bỏ As(III) và As(V) ra khỏi nước. Trạng thái cân bằng đạt được sau 45 và 90 phút cho As(III) và As(V), ở 25oC, nồng độ 133,5μmol/L (10 mg/L) và lượng bùn đỏ 20 g/L. Đối với As(III) và As(V), điều kiện hấp phụ thuận lợi ở pH 9,5 và 3,2. Dung lượng hấp phụ As(III) và As(V) của bùn đỏ ở 25oC, tính theo đường đẳng nhiệt Langmuir tương ứng là 8,86 và 6,86 μmol/g. Dựa trên các nghiên cứu về nhiệt động học, các tác giả khẳng định rằng quá trình hấp phụ As(III) là tỏa nhiệt trong khi hấp phụ As(V) là thu nhiệt, và kết luận bản chất hấp phụ As(III) là hấp phụ vật lý và As(V) là hấp phụ hóa học. Lê Thị Thùy Linh 7 Lớp K21-Cao học Hóa Môi Trường
Luận văn thạc sĩ Bảng 1.5. Dung lượng hấp phụ của các vật liệu trên cơ sở bùn đỏ để loại các ion kim loại khác nhau ra khỏi nước Vật liệu hấp phụ Chất hấp phụ Lượng chất bị hấp phụ TLTK Red mud As(III) 8,86 μmol/g [19] Red mud As(V) 6,86 μmol/g [19] Activated red mud As(III) 11,80 μmol/g [20] Activated red mud As(V) 12,57 μmol/g [20] Seawater-neutralized red As(V) 6,08–14,43 μmol/g [35] Bauxsol-coated sand As(V) 1,64–3,32 mg/g [29] Activated-Bauxsol-coated As(V) 2,14 mg/g [29] FeCl3-coated sand As(V) 23,2–68,5 mg/g [56] CO2-neutralized red mud As(V) 55,55 mg/g [47] Activated red mud Cr(VI) 30,74 mmol/g [46] Red mud Ni(II) 13,69 mg/g [37] Red mud Cu(II) 2,28 mg/g [15] Granular red mud Cd(II) 38,2–52,1 mg/g [57] Red mud Cu(II) 19,72 mg/g [40] Red mud Zn(II) 12,59 mg/g [40] Red mud Ni(II) 10,95 mg/g [40] Red mud Cd(II) 10,57 mg/g [40] Treated red mud Cd(II) 46,9–66,8 mg/g [21] Treated red mud Cu(II) 35,2–75,2 mg/g [21] Treated red mud Pb(II) 117,3–165,8 mg/g [21] Red mud Pb(II) 64,79 mg/g [31] Red mud Cr(VI) 35,66 mg/g [31] -4 Red mud Cd(II) 1,16.10 mol/g [32] -4 Red mud Zn(II) 2,22.10 mol/g [32] Red mud Cd(II) 68 mg/g [54] Red mud Zn(II) 133 mg/g [54] Calcined red mud Copper 18,18–65,17 mg/g [49] Calcined red mud Zinc 15,45–99,20 mg/g [49] Calcined red mud Arsenic 18,83–27,51 mg/g [49] Neutralized red mud Boron 30,12 mg/g [27] + Bùn đỏ cũng sử dụng để loại các thuốc nhuộm khác nhau ra khỏi nước và nước thải. Gupta và cộng sự sử dụng bùn đỏ để loại bỏ Rhodamine B, Fast Green Lê Thị Thùy Linh 8 Lớp K21-Cao học Hóa Môi Trường