Đặt vấn đề Khu mỏ Pb-Zn thuộc phạm vi tinh Bắc Kạn chiếm tới 80% trữ lượng Pb-Zn trong cả nước, trong đó mỏ chì, kẽm Chợ Đồn là một trong những tụ khoáng chì, kẽm lớn của nước ta đã và đang được khai thác đem lại hiệu quả kinh tẾ cao. Tuy nhiên, bên cạnh những giá trị mà nguồn khoáng sản đem lại là vấn đề ô nhiễm môi trường do hoạt động khai thác và chế biến khoáng sản gây ra. Một trong những quan ngại lớn nhất về môi trường tại khu mỏ chì, kẽm Chợ Đồn là ô nhiễm môi trường nước. Các kim loại nặng thải ra trong quá trình khai thác và chế biến khoáng sản xâm nhập vào môi trường nước mặt, nước ngầm gây ảnh hưởng xấu đến hệ sinh thái và sức khỏe con người.
Nghiên cứu môi trường nước tại khu vực mỏ chì, kẽm Chợ Đồn cho thấy có hiện tượng ô nhiễm kim loại nặng trong nước. Như vậy, khu mỏ chì, kẽm Chợ Đồn được lựa chọn để nghiên cứu chi tiết nhằm đề xuất và thử nghiệm giải pháp xử lý nước thải dựa trên các tiêu chí: tính đại diện cho mỏ Pb-Zn tại tỉnh Bắc Kạn, môi trường nước bị ô nhiễm và ảnh hưởng đến sức khỏe của người dân. Vấn đề được đặt ra chính là nghiên cứu, xây dựng và áp dụng công nghệ đáp ứng các mục tiêu: (1) xử lý hiệu quả ô nhiễm môi trường; (2) giảm chi phí xử lý 6 nhiễm; (3) thân thiện với môi trường. Hiện nay, có rất nhiều công nghệ được nghiên cứu và triển khai rộng rãi nhằm xử lý kim loại nặng trong nước như: kết tủa, trao đồi ion, điện phân và sinh học.
Công nghệ hấp phụ được coi là một giải pháp có hiệu quả và thân thiện với môi trường trong việc xử lý kim loại nặng. Một sỐ nguyên liệu tự nhiên đã được nghiên cứu cho xử lý nước thải, bao gồm bentonit, bùn thải, điatomit và đá ong. Sử dụng thực vật để xử lý ô nhiễm và hệ thống bãi lọc trồng cây cũng được nghiên cứu và đánh giá là công nghệ có hiệu quả về chỉ phí xử lý và thân thiện với môi trường. Tuy nhiên, hầu hết các loài thực vật có thé chống chịu và thích nghỉ tốt với nồng độ trung bình của các kim loại trong nước.
Trong khi đó, vật liệu hấp phụ có khả năng xử lý nước có hàm lượng kim loại nặng cao. Do đó, sự kết hợp giữa vật liệu hấp phụ và thực vật có thể là giải pháp khả thi trong xử lý nước thải bị ô nhiễm kim loại nặng với tải lượng đầu vào khác nhau. Các nghiên cứu về sự kết hợp của cả hai là vật liệu hấp phụ và thực vật trên thế giới còn hạn chế, với Việt Nam đây là công nghệ mới và chưa được triên khai nghiên cứu. 1 Vì vậy, nghiên cứu sinh lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu giải pháp xử lý nước thải khai thác và chế biễn khoáng sản chì, kém tại tinh Bắc Kan” dé thực hiện nham cung cap cơ sở khoa hoc của việc kết hợp vật liệu và thực vật địa phương dé xử ly 6 nhiễm kim loại nặng trong nước.
Mục tiêu - Chế tạo được vật liệu dạng hạt hấp phụ biến tính từ bùn thải khu chế biến sắt; - Lựa chọn được thực vật địa phương có khả năng xử lý tốt KLN trong nước; - Xây dựng được giải pháp sử dụng kết hợp vật liệu và thực vật địa phương để xử lý kim loại nặng trong nước; - Áp dụng giải pháp nói trên quy mô pilot 5m”/ngày đêm tại khu chế biến Lũng Váng thuộc khu mỏ chì, kẽm Chợ Đồn, huyện Chợ Đồn, tỉnh Bắc Kạn. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài Giải pháp kết hợp vật liệu và thực vật để xử lý nước thải khai thác và chế biến khoáng sản chì kẽm được đề xuất dựa trên cơ sở tận dụng bùn thải từ hoạt động chế biến khoáng sản và thực vật địa phương. Kết quả thí nghiệm và triển khai thử nghiệm thực tế giải pháp này tại Lũng Váng (Chợ Đồn, Bắc Kạn) cho thấy tính hiệu quả về xử lý và chi phí, thân thiện với môi trường. Nhu cầu ngày càng tăng cao của việc xử lý nước thải khai khoáng, nguồn cung cấp d6i dao bùn thải từ các mỏ chế biến sắt và sự phân bồ rộng rãi, tính thích nghi tốt với môi trường của cây Sậy là cơ sở cho thấy ứng dụng của giải pháp này vào thực tế Việt Nam có rất nhiều triển vọng.
Những đóng góp mới của đề tài - Đã chế tạo được vật liệu biến tính từ bùn thải chế biến sắt Bản Cuôn bằng phương pháp biến tính nhiệt và kết hợp thuỷ tinh lỏng. - Đã đánh giá được khả năng xử lý tốt các kim loại nặng (Mn, As, Cd, Pb, Zn) trong nước thải khu chế biến chì kẽm Lũng Vang (Chợ Đồn - Bắc Kạn) sử dụng mô hình kết hợp giữa vật liệu biến tính đã nêu và bãi lọc trồng cây (Say - Phragmiies)) dòng chảy ngầm. TONG QUAN VE VAN DE NGHIÊN CỨU 1. Hiện trang khai thác và chế biến khoáng sản chi, kẽm 1.
Hiện trạng khai thác và chế bién chì, kẽm trên thế giới Trên thế giới, 80% các mỏ kẽm được khai thác ham lò, 8% được khai thác lộ thiên, còn lại là kết hợp giữa hai dạng trên. Các hình thức chế biến chì, kẽm trên thế giới hiện nay bao gồm: - Nung và thiêu kết: Trước khi thu hồi kẽm kim loại bằng phương pháp thủy luyện kim hoặc hỏa luyện kim, cần thiết phải tách bỏ lưu huỳnh ra khỏi tinh quặng bằng cách nung và thiêu kết. Theo phương pháp này, tỉnh quặng được nung nóng tới nhiệt độ trên 900°C, khi đó, sunfua kẽm (ZnS) chuyên hóa thành oxit kẽm (ZnO). Đồng thời, lưu huỳnh kết hợp với oxi tạo thành dioxit lưu huỳnh, sau đó chuyên hóa thành axit sulfuric, một sản phẩm phụ quan trọng có giá trị thương mại.
- Phương pháp thủy luyện kim: Trong giai đoạn ngâm chiết, oxit kẽm được chiết tách từ các sản phâm nung khác nhờ axit sulfuric. Lượng kẽm được hòa tan bằng axit sulfuric, tuy nhiên, dung dịch đã hòa tan còn chứa một lượng tạp chất cần phải loại bỏ nhằm đạt được sản phâm kẽm có chất lượng cao. Quá trình tinh chế được thực hiện bằng cách pha thêm một lượng bột kẽm vào trong dung dịch, khi đó các ion kim loại khác bi kết tủa. Sau đó, dung dịch này sẽ tham gia vào một quá trình điện phân với anot (cực dương) là hợp kim chì và các catot (cực âm) nhôm.
Dòng điện truyền qua chất điện phân nhờ việc tao ra sự chênh lệch điện áp 3,3V - 3,5V giữa anot và catot khiến cho kẽm bám vào các catot nhôm. Lượng kẽm kết tủa này được gỡ ra, sấy khô, nau luyện va đúc thành các thanh kẽm. Các thanh kẽm này có thể khác nhau về chủng loại: loại chất lượng cao có 99,95% kẽm và loại chất lượng đặc biệt cao có 99,99% kẽm. - Phương pháp hoa luyện kim: Phương pháp này tiêu thụ năng lượng cao nên khi giá nhiên liệu tăng, hiệu quả sẽ giảm.
Hiện nay, các lò nấu luyện áp dụng phương pháp này đang hoạt động tại Trung Quốc, An Độ, Nhật Bản va Ba Lan. Hiện trạng khai thác và chế biến chì, kẽm ở Việt Nam Khoáng sản chì, kẽm thuộc nhóm khoáng sản kim loại. Các mỏ chì, kẽm vùng Đông Bắc Bộ phân bố theo đứt gãy sâu phân đới, các đứt gãy chủ yếu có phương Tây Bắc - Đông Nam, đóng vai trò như những kênh dẫn quặng, tạo thành các mỏ, điểm quặng phân bố ở các tỉnh Thái Nguyên, Tuyên Quang, Bắc Kan, Cao Bằng và Hà Giang [12]. Sự gia tăng nhu cầu nguyên liệu khoáng đối với Pb-Zn (đặc biệt là các nguyên tố có ích đi kèm trong tinh quặng chì, kẽm như Ag, Cd, In, Ge.) trong những năm gần đây là động lực thúc đây mạnh hoạt động khai thác các loại mỏ này.
Số lượng mỏ và điểm quặng được đưa vào khai thác ngày càng tăng. Trình độ chế biến khoáng sản ở nước ta hiện nay vẫn còn hạn chế, chưa thể tận thu các nguyên tô quý hiếm đi kèm. Ở các mỏ Pb-Zn, người ta mới tiễn hành thu hồi tinh quặng Pb và Zn (hàm lượng 55-60%), các kim loại khác như Fe, Mn, Cu, As, Cd, In, Ga, Sb. đều bị đưa vào bãi thải gây nguy cơ ô nhiễm KLN và các chất độc hại khác trong môi trường xung quanh.
Hiện trạng khai thác và chế bién chì, kẽm khu mỏ Chg Don tỉnh Bắc Kan 1. Khái quát khu mỏ chì, kém Chợ Đồn Khu mỏ Chợ Đồn cung cấp quặng chì, kẽm có chất lượng tốt nhất và trữ lượng lớn nhất nước ta, đã được tìm kiếm thăm dò và khai thác ở các mức độ khác nhau. Khu mỏ chì, kẽm Chợ Đồn gồm hai vùng là Nam Chợ Đồn và Bắc Chợ Đồn (Chợ Điền). Trong đó, khu vực Nam Chợ Đồn gồm 4 mỏ chính Nà Tùm, Pù Sáp, Ba Bỏ, Nà Bop và khu chế biến Lũng Vang thuộc thị tran Bang Lũng và xã Bang Lãng huyện Chợ Đồn, tỉnh Bắc Kạn với diện tích 67,95 ha.
Tổng tài nguyên của tụ khoáng Chợ Đồn là 2,374 triệu tấn chì, kẽm quặng sulfur với hàm lượng 9,61% Pb+Zn và 593.000 tan quặng oxit với hàm lượng 6,18% Pb+Zn. Địa hình: Khu vực Chợ Đồn thuộc kiểu địa hình núi cao trung bình và núi thấp. Nhìn chung, địa hình thấp dần về phía nam. Ở phía Đông có 2 dãy núi kéo dài gan theo phương bắc nam từ Băng Lũng qua Nà Khat và từ Ban Lắc đến Nà Ruông, ở phía Tây có hàng loạt đỉnh núi (Nà Quan, Nà Moon) có độ cao từ 300-657m.
Khí hậu: Khu vực mỏ chì, kẽm Chợ Đồn nằm trong vùng khí hậu miền núi đặc trưng. Được hình thành từ một nền nhiệt cao của đới chí tuyến và sự thay thế của các hoàn lưu lớn theo mùa, kêt hợp với điêu kiện địa hình nên có hai mùa chính trong năm. Mùa mưa từ tháng 4 đến tháng 9, mưa nhiều với tổng lượng mưa 100- 600mm/thang; nhiệt độ lớn nhất 31-36°C; độ am từ 76-88%. Mùa khô từ đầu tháng 10 cho đến hết tháng ba năm sau; lượng mưa chỉ trong khoảng 8-22mm/thang ; nhiệt độ trung bình khoảng 13-15°C, độ âm trung bình 30-45%.
Lượng mưa trung bình năm khoảng 1. Địa chất thủy van: Khu vực mỏ Chợ Đồn có hệ thống sông suối khá dày đặc nhưng đa số là các nhánh thượng nguồn sông Cau, sông Năng, sông Pho Day, sông Bình Trung đặc điểm là sông đầu nguồn, lòng sông ngắn, dốc, thủy chế thất thường. Đặc điểm địa chất: Mỏ quặng chì, kẽm Chợ Đồn là một trong bốn vùng mỏ quặng nằm trong cau trúc uốn nếp Lô Gâm- Phú Ngữ.