Nghiên Cứu Đề Xuất Định Hướng Sử Dụng Hợp Lý Tài Nguyên Bauxite Tại Tây Nguyên

Luận án tiến sĩ khoa học môi trường nghiên cứu định hướng sử dụng hợp lý tài nguyên bauxite Tây Nguyên, góp phần bảo vệ môi trường và phát triển bền vững.

• Tác giả: Trịnh Phương Ngọc
• Người hướng dẫn: GS. Đặng Trung Thuận
• Trường học: Đại học Quốc gia Hà Nội
• Chuyên ngành: Khoa học môi trường
• Đề tài: Định Hướng Sử Dụng Hợp Lý Tài Nguyên Bauxite Tây Nguyên
• Loại tài liệu: luận án
• Năm xuất bản: 2021
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
• 1.1. Lý do lựa chọn đề tài
• 1.2. Mục tiêu và vấn đề nghiên cứu của luận án
• 1.3. Nội dung nghiên cứu
• 1.4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án
• 1.5. Những đóng góp mới của luận án
• 1.6. Thời gian thực hiện luận án
• 1.7. Bố cục của luận án
• 1.8. Tổng quan vấn đề nghiên cứu
• 1.8.1. Tổng quan nghiên cứu về sử dụng tài nguyên bauxite ở nước ngoài
• 1.8.2. Khái niệm về quặng bauxite
• 1.8.3. Phân loại và phân bố bauxite
• 2. CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Đối tượng, phạm vi nghiên cứu
• 2.2. Khái quát về khu vực Tây Nguyên
• 2.3. Các cơ sở khai thác, chế biến quặng bauxite ở Tây Nguyên
• 2.4. Phương pháp luận và phương pháp nghiên cứu
• 2.5. Phương pháp nghiên cứu
• 2.6. Tiểu kết chương 2
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ BÌNH LUẬN
• 3.1. Hiện trạng và những vấn đề môi trường tại các khu vực khai thác, chế biến
• 3.1.1. Chất lượng không khí khu vực khai thác, chế biến bauxite
• 3.1.2. Chất lượng nguồn nước khu vực khai thác, chế biến bauxite
• 3.1.3. Tài nguyên đất sau khai thác bauxite
• 3.1.4. Các công trình bảo vệ môi trường
• 3.1.5. Đánh giá tác động và rủi ro môi trường trong hoạt động khai thác, chế biến bauxite tại Tây Nguyên
• 3.1.5.1. Tác động đối với môi trường tự nhiên
• 3.1.5.2. Tác động đến môi trường xã hội
• 3.2. Đánh giá rủi ro trong hoạt động khai thác, chế biến bauxite tại Tây Nguyên
• 3.3. Đánh giá hiệu quả kinh tế môi trường hoạt động khai thác, chế biến bauxite Tây Nguyên
• 3.3.1. Căn cứ dữ liệu
• 3.3.2. Kết quả tính toán phân tích chi phí — lợi ích
• 3.3.3. Kết quả phân tích độ nhạy
• 3.4. Định hướng sử dụng hợp lý tài nguyên bauxite Tây Nguyên
• 3.4.1. Nhận xét về kết quả đánh giá hiệu quả kinh tế môi trường và những tồn tại trong khai thác, sử dụng tài nguyên bauxite Tây Nguyên
• 3.4.2. Giải pháp tổng thể khai thác, sử dụng tài nguyên bauxite ở Tây Nguyên
• 3.4.3. Giải pháp khoa học, kỹ thuật khai thác, sử dụng hợp lý tài nguyên bauxite Tây Nguyên
• 3.5. Tiểu kết chương 3
• DANH MỤC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN ĐẾN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC
• Phụ lục 1. DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

Tóm tắt

I. Tổng quan về tài nguyên bauxite Tây Nguyên

Tài nguyên bauxite tại Tây Nguyên được đánh giá là một trong những nguồn tài nguyên khoáng sản quan trọng của Việt Nam. Khu vực này không chỉ có trữ lượng lớn mà còn có chất lượng quặng cao, phù hợp cho việc khai thác và chế biến thành alumina. Tuy nhiên, việc khai thác bauxite cũng đặt ra nhiều thách thức về môi trường và xã hội. Theo nghiên cứu, trữ lượng bauxite ở Tây Nguyên ước tính lên đến hàng trăm triệu tấn, chủ yếu tập trung tại các tỉnh Đắk Nông, Lâm Đồng và Gia Lai. Việc khai thác bauxite không chỉ mang lại lợi ích kinh tế mà còn tiềm ẩn nhiều rủi ro về môi trường, như ô nhiễm nước và không khí, cũng như ảnh hưởng đến đời sống của người dân địa phương. Do đó, cần có những định hướng rõ ràng trong việc khai thác và sử dụng tài nguyên này một cách hợp lý.

1.1. Khái niệm và phân loại bauxite

Bauxite là quặng chính để sản xuất alumina, từ đó được chế biến thành nhôm. Quặng bauxite chủ yếu chứa các oxit nhôm, sắt và silic. Phân loại bauxite có thể dựa trên thành phần hóa học và nguồn gốc hình thành. Có hai loại chính là bauxite laterit và bauxite trầm tích. Bauxite laterit thường có mặt ở vùng nhiệt đới, trong khi bauxite trầm tích thường xuất hiện ở các khu vực có khí hậu ôn đới. Việc hiểu rõ về phân loại và đặc điểm của bauxite sẽ giúp trong việc lựa chọn công nghệ khai thác và chế biến phù hợp, đồng thời giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường.

II. Tác động môi trường từ khai thác bauxite

Hoạt động khai thác bauxite tại Tây Nguyên đã gây ra nhiều tác động tiêu cực đến môi trường. Các nghiên cứu chỉ ra rằng, việc khai thác bauxite có thể dẫn đến ô nhiễm nguồn nước, suy giảm chất lượng không khí và làm mất đi hệ sinh thái tự nhiên. Đặc biệt, vấn đề hồ bùn đỏ sau chế biến bauxite là một trong những mối lo ngại lớn nhất. Hồ bùn đỏ chứa nhiều chất độc hại, nếu không được quản lý tốt sẽ gây ra ô nhiễm nghiêm trọng cho môi trường xung quanh. Các biện pháp bảo vệ môi trường cần được thực hiện nghiêm ngặt để giảm thiểu tác động tiêu cực từ hoạt động khai thác này.

2.1. Ô nhiễm nước và không khí

Ô nhiễm nước là một trong những vấn đề nghiêm trọng nhất do hoạt động khai thác bauxite gây ra. Nước thải từ các nhà máy chế biến bauxite thường chứa nhiều kim loại nặng và hóa chất độc hại, ảnh hưởng đến nguồn nước sinh hoạt của người dân. Bên cạnh đó, bụi từ quá trình khai thác và chế biến cũng làm giảm chất lượng không khí, gây ảnh hưởng đến sức khỏe cộng đồng. Các biện pháp như xây dựng hệ thống xử lý nước thải và kiểm soát bụi cần được áp dụng để bảo vệ môi trường và sức khỏe của người dân.

III. Định hướng phát triển bền vững ngành công nghiệp bauxite

Để phát triển bền vững ngành công nghiệp bauxite tại Tây Nguyên, cần có những định hướng rõ ràng trong việc khai thác và sử dụng tài nguyên. Việc áp dụng công nghệ khai thác hiện đại, thân thiện với môi trường là rất cần thiết. Đồng thời, cần xây dựng các chính sách quản lý tài nguyên hợp lý, đảm bảo lợi ích cho cả doanh nghiệp và cộng đồng. Các giải pháp như tái chế bùn đỏ, phục hồi môi trường sau khai thác và phát triển các mô hình kinh tế xanh cần được triển khai. Điều này không chỉ giúp bảo vệ môi trường mà còn tạo ra cơ hội việc làm và nâng cao đời sống cho người dân địa phương.

3.1. Giải pháp công nghệ và quản lý

Việc áp dụng công nghệ khai thác và chế biến bauxite tiên tiến sẽ giúp giảm thiểu tác động đến môi trường. Các công nghệ mới không chỉ tăng hiệu quả sản xuất mà còn giảm thiểu lượng chất thải phát sinh. Bên cạnh đó, cần có sự phối hợp chặt chẽ giữa các cơ quan quản lý nhà nước và doanh nghiệp trong việc thực hiện các chính sách bảo vệ môi trường. Các chương trình đào tạo và nâng cao nhận thức cho người dân về bảo vệ môi trường cũng cần được chú trọng, nhằm tạo ra một cộng đồng có trách nhiệm với tài nguyên thiên nhiên.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1. Tổng quan vấn dé nghiên cứu; Chương 2. Đối tượng, phạm vi, phương pháp nghiên cứu; Chương 3. Kết quả nghiên cứu và bình luận.

TONG QUAN VAN ĐÈ NGHIÊN CỨU 1. Tổng quan nghiên cứu về sử dụng tài nguyên bauxite ở nước ngoài 1. Khái niệm về quặng bauxite Quang bauxite có thành phan hóa học chủ yếu gồm AlaOa, FeaOa, SiOa, TiO› và các nguyên tổ vi lượng như Ni, Co, V, Cr, Mn, Cu, Zn, Mg, Sn, Pb, Mo, B, P. Patterson, bauxite thô có khoảng 36,5-39% AlaOa va 5-9% SiOz, 25- 29% Fer03; 4-4,6% TiO» [119].

SiOz là một tạp chat trong quặng bauxite dưới dang thạch anh, hoặc trong thành phần của khoáng chất sét và leptochlorite. Bauxite là quặng có các modun silic (Al203/SiO2) lớn hơn hoặc bang 2,6. Phân loại va phân bố bauxite Bauxite được tìm thấy trên Trái Đất chủ yếu nằm giữa các vĩ độ 30° Bắc và 30° Nam của đường xích đạo, không bao gồm các loại bauxite kiểu Tikhvin của Nga, Trung Quốc và Địa Trung Hải. Quặng bauxite thường bao gồm khoáng chất gibbsite, boehmit, và/hoặc diaspore cùng với các oxit sắt goethite và hematite, kaolinite, khoáng vật sét và một sô kim loại, bao gôm cadmium và titan ở mức hàm lượng vết.

Các nhà địa chất đã phát triển nhiều phương pháp phân loại bauxite khác nhau. Theo nguồn gốc thành tạo, quặng bauxite được chia thành ba loại: laterite (85%), karst (14%), và Tikhvin (1%). Sự khác biệt quan trọng nhất giữa các loại bauxite là vật liệu cơ bản của quặng. Theo Franz Meyer (2004), các bauxite laterite được hình thành dưới dạng các lớp phong hóa laterite, nằm trên các đá alumino-silicat, thường liên quan đến các khu vực cao nguyên có khí hậu nhiệt đới gió mùa [1 13].

Trên thế giới, các mỏ bauxite nguồn gốc phong hoá phân bố chủ yếu ở vùng nhiệt đới 4m của các lục địa. Các mỏ bauxite nguồn gốc trầm tích có ở châu Âu: Hy Lạp, Y.; châu Á: Indonesia, Australia, An Độ, Trung Quốc; châu Phi: Maroc, Đông Phi, Siera Lion. Các mỏ bauxite có nguồn gốc tram tích trải qua giai đoạn biến chat thường có chứa nguyên tố đất hiếm (REEs) và phóng xa. Theo thành phần khoáng vật chứa nhôm trong quặng, bauxite được phân thành 3 loại chính: gibbsite, diaspore và boehmite.

Các mỏ bauxite gibbsite lớn nhất phân bố ở vùng Caribê và ở các vùng nhiệt đới hoặc cận nhiệt đới ở Nam Mỹ, Châu Phi, Châu Á và Australia. Bauxite Boehmite (hay còn gọi là bauxite Châu Âu) phân bố ở Hungary, Hy Lạp, Ý, Pháp, Rumamia. Trữ lượng và chất lượng bauxite trên thé giới Theo khảo sát địa chất Hoa Kỳ năm 2019, nguồn tài nguyên bauxite toàn cầu ước tính khoảng 55 đến 75 tỷ tấn, chủ yêu ở Châu Phi (32%), Châu Đại Dương (23%), Nam Mỹ và Caribê (21%), Châu Á (18%) và các nơi khác (6%). Theo đó, Việt Nam là nước có tài nguyên bauxite trong top dau thế giới (bang 1.

Hiện nay, các nước nhập khẩu bauxite, alumina chính là: Mỹ, Trung Quốc Canada, Đức, Ireland. Các nước xuất khâu quặng bauxite: Jamaica, Brazil, Guinea, Guyana, Malaysia. Các nước xuât khâu alumina: Australia, Suriname, Brazil, Jamaica, Việt Nam. Sản lượng khai thác bauxite, sản xuất alumina và trữ lượng quặng bauxite của các quôc gia trên thê giới (Don vi: nghìn tan) Quốc gia Sản xuất alumina Khai thác bauxite Trữ lượng | Ty lệ 2017 | 2018 | 2017 | 2018 | (nghintan) | (%) Guinea - 100 46.000 | 100 Nguồn: [84] Chat lượng quặng bauxite được đánh giá bởi 2 yếu tố chính đó là hàm lượng oxit nhôm (AlaOa) trong quặng và tỉ lệ Al2O3/SiO2 (Modun silic Msi), tỉ lệ này càng cao cho thấy tạp chat SiO› kèm theo quặng càng ít, quá trình chế biến sẽ thuận lợi và kinh tế hơn.

Quang bauxite chất lượng cao có ham lượng AlaOs>45% và modun silic >7. Vi dụ như quặng bauxite tại mỏ Boke 6 Guinea, mỏ Arkansas ở Bắc Mỹ, mỏ Damanjodi của Ấn Độ. Chất lượng quặng một số mỏ bauxite trên thế giới ft, AbO3 | FeOa | SiOz | TiO» Nguôn TT Quoc gia Msi (%) | (%) | (%) | (%) TLTK 1 | Guinea (mo Boke) 53,4) 14,2 2,0 3,3 | 26,7) /80j 2 | Australia (mỏ Weipa) 53,8 | 15,7 2,9 2,9} 18,6] [82] 3 | An Độ (mỏ Damanjodi) 46,8 | 22,5 2,4 1,5} 19,5) /711] 4 | Guyana (mỏ Mackenzie) 59,2 2,9 4,9 2,4} 13,8] /80/ 5 | Suriname (mỏ Onverdacht) 59,1 3,1 4,3 2,5 | 13,7 [80] Brazil (mo Para, Juruti, va 6 51,8] 13,9 5,1 1,2} 10,2) /1177 Trombetas) 7 | Mỹ (mo Arkansas) 51,3} 11,3 5,1 2,2) 10,1) /807 8 | Hungary (bauxite bomite) 50,9 | 22,0 6,1 2,7) 83] [80] 9 | Trung Quốc (Quang Tây) 5348| 18,9 6,4 -| 8,6| [94] 1. Công nghệ khai thác và chế bién bauxite Quang bauxite được khai thác dé tao ra các san pham như alumina, hydroxit nhôm, chất mai mòn, xi măng, hóa chất, chất chống cháy, chất liệu chịu lửa, thiết bị xỉ trong các nhà máy thép.

Alumina có thé sử dụng cho luyện kim, hoặc sản xuất hóa chất xử lý nước (phèn, clorua polyaluminium và aluminat natri), zeolit, alumina hoạt tính, hay trong nhiều sản phẩm khác như gạch chiu lửa, gốm sứ, vật liệu mài mòn và kính [87]. Theo thống kê của Viện Nhôm thế giới, 95% quặng bauxite trên thé giới được dùng dé sản xuất alumina, tạo ra sản phẩm nhôm kim loại có giá tri, day được xem là hướng sử dụng tôi ưu nhất đối với tài nguyên này. Tuy vào chất lượng quặng, tỉ lệ sản phẩm bauxite : alumina : nhôm hiện nay ở mức trung bình 4-6 : 2 : 1 [97]. Quang bauxite 5% 95% 10% Nha may san xuat alumina Nha may nung 90% Nha may Vật liệu chiu lửa Công nghiệp Hình 1.

Hiện trạng sử dụng tài nguyên bauxite trên thế giới [97]. Khai thác và tuyén quặng Do đặc điểm quặng công nghiệp năm gan mặt đất nên phương thức phô biến được sử dụng đề khai thác bauxite là phương pháp lộ thiên. Tuỳ vào chất lượng quặng thu được mà quyết định có áp dụng quy trình tuyển rửa hay không. Quang chất lượng cao (hàm lượng >45%) có thé được dùng trực tiếp dé chế biến sâu.

Quang chưa đạt yêu cầu sản xuất công nghiệp thì phải qua quá trình tuyên rửa trọng lực dé thu hồi quặng tinh. Quá trình này dùng nước dé rửa quặng và phan bùn tách ra từ quặng sau rửa được gọi là bùn thải quặng đuôi. Quặng đuôi là bauxite nghèo, chứa nhiều sét. Sản xuất alumina Quang bauxite có chat luong du tiéu chuẩn được sử dụng dé sản xuất alumina băng quy trình Bayer.

Quá trình sản xuất alumina thực chat là tách lượng AlaOs trong quặng bauxite ra khỏi các tạp chất khác. Trong quy trình Bayer, bauxite bị chuyển hóa bởi một luồng dung dịch natri hydroxit (NaOH) nóng ở nhiệt độ cao đề trở thành hydroxit nhôm theo phản ứng: AlzOa + 2 OH ~ + 3 HO —› 2 [Al(OH)a]. Các thành phần hóa học khác trong bauxite không hòa tan theo phan ứng trên được lọc và loại bỏ dưới dang bùn đỏ. Tiếp theo, dung dịch hydroxit được làm lạnh và hydroxit nhôm ở dạng hòa tan lắng đọng tạo thành một dạng chất rắn, bông, có màu trắng.

Khi được nung nóng lên tới 1. Có thé thay, bản chất của công nghệ Bayer là hoà tách quặng ở nhiệt độ thích hợp trong dung dịch. Tuỳ thuộc thành phần hoá học và khoáng vật của quặng bauxite 8 mà công nghệ Bayer được sử dụng là khác nhau. Bauxite ở dang gibbsite có thé được hoa tách dé dàng ở nhiệt độ 140-145°C trong dung dịch hoa tách có nồng độ kiềm thấp (120-170g NaaO/I nước).

Công nghệ này còn được gọi là Bayer châu Mỹ, được áp dụng trong các nhà máy của Tập đoàn ALCOA ở Tây Australia và các nha máy alumina ở Jamaica, Guinea, Brazil. Đối với quặng bauxite ở dang diaspore và bomite, quá trình hoà tách yêu cầu nhiệt độ cao (khoảng 240-250°C) và dung dịch hoà tách có nồng độ kiềm cao hơn (180-250g NazO/1 nước). Công nghệ này còn gọi la Bayer châu Âu, được áp dụng cho các nhà máy alumina của Nga, Iran, Trung Quốc. để xử lý quặng bauxite diaspore; trong các nhà máy alumina ở Hungary, Nam Tư và một vài nhà máy ở Australia để xử lý quặng bauxite bơmite [22.

Công nghệ Bayer châu Âu tiêu tốn nhiều năng lượng hon và dung dịch hoà tách yêu cầu nồng độ kiềm cao hơn so với công nghệ Bayer châu Mỹ. Điện phân nhôm Nhôm là kim loại hoạt động và rất khó đề phân lập ra từ quặng hoặc oxit nhôm (AlaO›). Việc khử trực tiếp với cacbon là không kinh tế vì oxit nhôm có điểm nóng chảy cao (khoảng 2. Do đó, hiện nay trên thé giới sử dụng công nghệ Hall- Haroult, theo đó hoa tan alumina trong bé muối Cryolite (NasAIFs) nóng chảy và sau đó khử bởi dòng điện dé thu hồi nhôm kim loại.

Theo công nghệ này, nhiệt độ nóng chảy của hỗn hợp chỉ còn khoảng 950-980°C. Các điện cực trong điện phân nhôm làm từ cacbon. Khi quặng bị nóng chảy, các ion của nó chuyên động tự do. Phản ứng tại cực âm là: AI” + 3e —> AI.

Nhôm kim loại sau đó chìm xuống và được đưa ra khỏi lò điện phân. Tại cực dương, oxy dạng khí được tạo thành: 207 —› QO + 4e. Cực dương cacbon bị oxi hóa bởi oxy theo phan ứng: O2 + C > COa, bị hao mòn dan và phải được thay thế thường xuyên. Hiện nay, trên thé giới công nghệ Hall-Haroult được sử dụng phổ biến theo hai hướng: (1) Công nghệ Soderberg: các cực dương trong các bê điện phân được tạo thành từ một hỗn hợp than cốc, dầu mỏ và than đá.

Quá trình này diễn ra ở nhiệt độ trên 900°C, tạo ra nhiều chất bay hơi nhựa than đá. Những khói này rất giàu hydrocarbon thơm đa vòng gây ung thư (PAHs - Polycyclic Aromatic Hydrocacbons) và phát tán trực tiếp tại nơi làm việc; (2) Công nghệ Prebake: cực dương là loại được chế biến sẵn (thường trong một nhà máy riêng biệt trong lò nung cực dương và có quạt thông gid). Do đó, các chất bay hơi từ nhựa than đá đã bị loại bỏ trước khi cực dương được đưa vào bề điện phân. Một số công nhân bị phơi nhiễm bởi PAHs vẫn xảy ra trong những hoạt động nhất định nhưkhởi động bề điện phân, hoạt động liên quan đến cực âm, nhưng nói chung ở nồng độ thấp hơn nhiều so với các bê điện phân sử dụng công nghệ Soderberg [109].

Tài nguyên bauxite và tình hình khai thác, sử dụng trên thế giới 1. Bối cảnh chung Hiện nay, hầu hết các nước có nguồn bauxite lớn đều khai thác để sản xuất alumina và nhôm phục vụ tiêu ding trong nước hoặc xuất khẩu, đáp ứng nhu cầu của thế giới về nhôm kim loại trong tương lai [82, 84, 97]. Trên thế giới có khoảng trên 20 nước khai thác bauxite, 33 nước sản xuất alumina và 45 nước điện phân nhôm.