Chương 1. Pyrit và xỉ thải pyrit 1. Giới thiệu chung về Pyrit. Pyrit hay pyrit sắt, là khoáng vật disunfua sắt với công thức hóa học FeS2.
Ánh kim và sắc vàng đồng từ nhạt tới thông thường của khoáng vật này đã tạo nên tên hiệu riêng của nó là vàng của kẻ ngốc do nó trông tương tự như vàng. Pyrit là phổ biến nhất trong các khoáng vật sulfua. Tên gọi pyrit bắt nguồn từ tiếng Hy Lạp πσρίτης (puritēs) nghĩa là “của lửa” hay "trong lửa”, từ πύρ (pur) nghĩa là “lửa”. Tên gọi này có lẽ là do các tia lửa được tạo ra khi pyrit va đập vào thép hay đá lửa.
Tính chất này làm cho pyrit trở thành phổ biến trong sử dụng để làm cơ chế đánh lửa bằng bánh xe trong các dạng súng cổ. Pyrit thông thường được tìm thấy ở dạng gắn liền với các sulfua hay ôxít khác trong các mạch thạch anh, đá trầm tích, đá biến chất cũng như trong các tầng than, và trong vai trò của khoáng vật thay thế trong các hóa thạch. Mặc dù có tên hiệu là vàng của kẻ ngốc, nhưng một lượng nhỏ vàng đôi khi cũng được tìm thấy trong quặng chứa khoáng vật này. Vàng và asen xuất hiện như là sự thay thế đi kèm nhau trong cấu trúc pyrit.
Tại khu trầm tích vàng ở Carlin, Nevada, pyrit asen chứa tới 0,37 % theo trọng lượng là vàng[4]. Pyrit chứa vàng là loại quặng vàng có giá trị. Pyrit bị lộ thiên ra ngoài không khí trong quá trình khai thác mỏ và khai quật sẽ phản ứng với ôxy và nước để tạo thành sunfat, gây ra sự thoát nước mỏ axít. Quá trình axít hóa này còn tạo ra từ phản ứng của vi khuẩn chi Acidithiobacillus, các dạng vi khuẩn tìm kiếm nguồn năng lượng của chúng bằng cách ôxi hóa các ion sắt II (Fe 2+) thành các ion sắt III (Fe3+) với việc sử dụng ôxy như là tác nhân ôxi hóa.
Các ion sắt III đến lượt mình lại tấn công pyrit để sinh ra ion sắt II và sunfat. Sắt hóa trị 2 lại được tạo ra sắt hóa trị 3 và chu trình này tiếp diễn cho đến khi pyrit cạn kiệt. Pyrit thông thường hay bị nhầm lẫn với khoáng vật marcasit, mà tên gọi của nó có nguồn gốc từ tiếng Ả Rập để chỉ pyrit, do các đặc trưng tương tự của chúng. 12 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Marcasit là dạng đa hình của pyrit, nghĩa là nó có cùng một công thức như pyrit nhưng khác về cấu trúc và vì thế khác biệt về hình dáng tinh thể và tính đối xứng.
Tuy nhiên, trạng thái ôxi hóa hình thức là giống như trong pyrit do các nguyên tử lưu huỳnh xuất hiện trong các cặp tương tự như persulfua[5]. Marcasit/pyrit có lẽ là cặp đa hình phổ biến bậc nhất chỉ sau cặp kim cương/graphit (than chì). Bề ngoài của marcasit có ánh bạc nhiều hơn một chút. Marcasit là họ hàng ở trạng thái ổn định giả (giả bền) của pyrit và nó sẽ dần dần chuyển sang dạng pyrit nếu bị đốt nóng hay thời gian đủ dài.
Marcasit là tương đối hiếm, nhưng có thể là phổ biến cục bộ trong một vài kiểu quặng trầm tích, chẳng hạn như có trong quặng Pb-Zn kiểu thung lũng Mississippi. Marcasit dường như chỉ hình thành từ dạng dung dịch lỏng. Pyrit thông thường cũng được dùng trong nghề kim hoàn mỹ nghệ để làm các chuỗi hạt hay vòng đeo tay. Mặc dù là tương tự về thành phần, nhưng marcasit lại không thể sử dụng trong lĩnh vực này do nó có xu hướng bị vỡ vụn ra thành dạng bột.
Bổ sung cho sự lộn xộn và nhầm lẫn giữa marcasit và pyrit là việc sử dụng từ marcasit như là tên gọi thương phẩm cho đồ kim hoàn mỹ nghệ từ pyrit. Thuật ngữ này được áp dụng cho các viên đá nhỏ được đánh bóng và tạo mặt, được dát vào bạc thật (hay bạc sterling, chứa 92,5% bạc và 7,5% kim loại khác). Tuy các viên đá này được gọi là marcasit, nhưng trên thực tế chúng chính là pyrit. Thành phần hóa học, cấu trúc và đặc tính vật lý của Pyrit sắt.
Hình ảnh quặng pyrit 13 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Thành phần hóa học của pyrit là: Fe – 46,6%; S – 53,4%. Pyrit thường chứa các tạp chất đồng hình As, Co, Ni, đôi khi Au, Ag, Cu tồn tại ở dạng phi bào thể. Cấu trúc tinh thể kiểu NaCl trong đó vị trí của nguyên tử clo được thay thế bằng [S2]2-, phân bố dọc theo trục bậc 3, còn ion Fe2+ ở tâm của hình 8 mặt. Hệ lập phương.
Dạng đối xứng m3. Ô mạng cơ sở chứa Fe 4S8. Nhóm không gian Pa3; a0 = 5,4176Ao. Tinh thể có dạng lập phương có dạng vết khía vuông góc trên bề mặt của các mặt tinh thể.
Đôi khi có dạng tinh thể 12 mặt ngũ giác, tinh thể 8 mặt. Pyrit thường có dạng hạt, dạng khối đặc sít. Khoáng vật này có mặt như là các tinh thể đẳng cực thường xuất hiện dưới dạng các khối lập phương. Các mặt của lập phương có thể có sọc (các đường song song trên mặt tinh thể hay mặt cát khai) do kết quả của sự xen kẽ các khối lập phương với các mặt diện pyrit.
Pyrit cũng hay xuất hiện dưới dạng các tinh thể bát diện và dạng diện pyrit (hình thập nhị diện với các mặt ngũ giác). Nó có mặt gãy hơi không đều và concoit, ánh kim, hệ số phản xạ 53%, độ cứng Mohs khoảng 6–6,5, tỷ trọng riêng khoảng 4,95–5,10[1]. Nó giòn và có thể nhận dạng trên thực địa do có mùi đặc trưng để phân biệt, được giải phóng ra khi mẫu vật bị tán nhỏ. Không hòa tan trong HCl, hòa tan trong HNO3; ở dạng bột dễ bị hòa tan hơn.
Nguồn gốc Pyrit là khoáng vật sunlfua phổ biến nhất. Pyrit được tạo thành trong các quá trình địa chất khác nhau: magma, nhiệt dịch, trầm tích, biến chất. Trong đới oxy hóa, pyrit không bền vững, biến đổi thành limonit. Trong trường hợp này, lưu huỳnh tham gia vào sự tạo thành thạch cao và các sunfua.
Thường hay gặp giả hình của limonit theo pyrit. Những mũ sắt của những mỏ quặng thường được tạo thành do phá hủy sulfua, chủ yếu là pyrit. Ở Việt Nam, pyrit có ở nhiều nơi như mỏ pyrit ở Giáp Lai, Vĩnh Phúc, Ba Trại. 14 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.
Xỉ thải pyrit. Pyrit là nguyên liệu quan trọng để điều chế axit sunfuric. Sau khi đốt pyrit để thu SO2, phần rắn còn lại là xỉ pyrit được thải ra môi trường. Phản ứng xảy ra trong quá trình đốt pyrit 4FeS2 + 11O2 t0 2Fe2O3 + 8SO2 Xỉ pyrit được dùng trong quá trình nghiên cứu của luận văn chúng tôi lấy tại bãi thải của Công ty Supephotphat và hóa chất Lâm thao – Phú Thọ.
Tình trạng ô nhiễm kim loại nặng tại các vùng lân cận và các khu vực thải xỉ 1. Tại Việt Nam Việt Nam hiện nay có tới 5000 mỏ và điểm khoáng sản đang khai thác bao gồm 60 loại khoáng sản khác nhau với khoảng 2.000 doanh nghiệp tham gia hoạt động khai thác [7]. Mặc dù đóng góp của nền công nghiệp khai khoáng vào GDP của Việt Nam chiếm khoảng 11% nhưng công nghiệp khai khoáng đang đứng trước nhiều thách thức: khai thác sử dụng chưa có hiệu quả làm cho tài nguyên thiên nhiên cạn kiệt; đặc biệt tác động xấu tới cảnh quan và môi trường, gây ô nhiễm nguồn nước, không khí, đất đai, ảnh hưởng đến đa dạng sinh học và nhiều nghành kinh tế khác. Từ đầu năm 2007, các nhà khoa học thuộc Viện Công nghệ Môi Trường – Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam, Viện Sinh thái và Tài nguyên Sinh vật, Đại học Quốc gia Hà Nội đã lấy hàng trăm mẫu đất và cây tại các vùng mỏ để phân tích thành phần, hàm lượng kim loại nặng.
Qua phân tích cho thấy, tất cả các mỏ đều là điểm nóng về ô nhiễm, điển hình là mỏ thiếc xã Hà Thượng và mỏ than núi Hồng bị ô nhiễm asen nghiêm trọng, với hàm lượng asen trong đất gấp 17 – 308 lần tiêu chuẩn cho phép của Việt Nam, thậm chí có nơi hàm lượng asen trong đất lên đến 15.262 lần theo quy định. Mỏ kẽm, chì làng Hích cũng có hàm lượng chì gấp 186 lần tiêu chuẩn và kẽm 49 lần. Việc khai thác mỏ thiếc, đuôi quặng thường chứa arsenopyrit (1 – 2%), chalcopyrit (1%) và pyrit (10 – 15%) [3]. Các khoáng vật sunfua này bị oxi hoá tạo ra 15 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com dòng thải axit mỏ và dung dịch giàu kim loại.
Sự lan toả của As và sự oxi hoá các kim loại độc hại như Cu, Cd từ các dòng rỉ từ dòng thải axit mỏ qua các đống thải cũng không được chú ý. Có nơi nước thải từ mỏ và xưởng tuyển được thải trực tiếp ra cánh đồng lúa với hàm lượng asen gấp 30 lần nước bình thường. Ở mỏ thiếc Quỳ Hợp, dòng thải của nhà máy được thải trực tiếp ra con suối gần đó. Hàm lượng As trong chất thải rắn rất cao (355 mg/kg) so với hàm lượng được coi là không ô nhiễm trên thế giới là 5 – 20 mg/kg.
Ngoài việc làm ô nhiễm nguồn nước, các loại bùn thải từ khu vực khai thác đổ ra các khu vực xung quanh, theo thời gian chúng làm ô nhiễm đất tại các khu vực này, diện tích đất nông nghiệp không những bị thu hẹp mà còn bị hoang hoá, ô nhiễm không sử dụng canh tác được. Mặt khác, do sử dụng nguồn nước tương đối lớn nên ngoài việc làm ô nhiễm, giảm chất lượng nguồn nước, việc khai thác khoáng sản đã làm cho hệ thống tưới tiêu thay đổi, nguồn nước cạn kiệt, do đó, diện tích đất nông nghiệp bị ảnh hưởng rất nhiều. Mức độ ô nhiễm đất nông nghiệp do khai thác mỏ TT Tên mỏ, khu khai thác Diện tích Mức độ ô nhiễm (ha) 1 Mỏ than núi Hồng 274 Chiếm dụng đất làm khai trường, bãi thải và thải nước thải làm ô nhiễm đất nông nghiệp 2 Mỏ than Khánh hoà 100 Chiếm dụng đất làm khai trường, bãi thải và thải nước thải làm ô nhiễm đất nông nghiệp 3 Các mỏ vùng Bắc Thái 114,5 Chiếm dụng đất làm khai trường, bãi thải. Đổ thải làm ô nhiễm đất 4 Các mỏ ở huyện Quỳ Hợp 145 Đất nông nghiệp bị ô nhiễm do 16 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.