MỞ ĐẦU Việt Nam là một trong ba nước có trữ lượng quặng bauxite đứng đầu trên thế giới, đến nay bauxite đang trở thành một trong những nguồn tài nguyên quan trọng của Việt Nam. Phần lớn trữ lượng bauxite của Việt Nam tập trung ở Tây Nguyên, đặc biệt là các tỉnh phía Nam của Tây Nguyên như Lâm Đồng và Đắc Nông [6]. Hiện nay, Việt Nam đã bắt đầu triển khai xây dựng hai nhà máy sản xuất alumin đầu tiên, công suất 600.000 tấn/năm: nhà máy alumin Tân Rai và nhà máy alumin Nhân Cơ. Nhà máy đầu tiên đi vào hoạt động thử nghiệm cuối năm 2012 và nhà máy thứ hai theo kế hoạch sẽ bắt đầu hoạt động sản xuất vào năm 2014.
Tuy nhiên, vấn đề bất cập lớn nhất khi triển khai các dự án nhôm ở Tây Nguyên là vấn đề môi trường và sinh thái. Các chuyên gia của các nước thành viên Hội đồng tương trợ kinh tế khi xem xét dự án nhôm ở Việt Nam trong khuôn khổ hợp tác đa phương và song phương đều cho rằng dự án sẽ có ảnh hưởng tiêu cực đến môi trường và sinh thái của khu vực trên một diện rộng [50]. Khi khai thác bauxite, trước mắt bắt buộc phải phá huỷ toàn bộ thảm thực vật để bốc đi lớp đất phủ trên bề mặt và lớp khoáng vật chứa bauxite với độ sâu hết chiều dày của thân quặng. Toàn bộ vùng đồi núi sẽ dần biến thành đất trống, không có khả năng trồng trọt do không giữ được độ ẩm.
Một vấn đề quan trọng hơn nữa mà hiện nay tất cả các nước sản xuất alumin đều quan tâm là vấn đề bùn thải trong quá trình chế biến quặng, còn gọi là bùn đỏ. Đặc trưng của bùn đỏ là có pH cao và có kích thước hạt mịn, nhỏ hơn 1mm. Do đó, bùn thải khi khô dễ phát tán bụi vào trong không khí gây ô nhiễm, tiếp xúc với bụi này gây ra các bệnh về da, mắt. Nước thải từ bùn hoặc nước chảy tràn qua hồ bùn đỏ tiếp xúc với da gây các tác hại như ăn mòn da, gây mất độ nhờn làm da khô ráp, có thể sưng tấy, loét mủ ở các vết xước trên da [8].
Đặc biệt, nguy cơ gây ô nhiễm nguồn nước ngầm là rất cao khi lưu giữ bùn với khối lượng lớn trong thời gian dài. Lượng bùn này phát tán mùi hôi, hơi hóa chất gây ô nhiễm, ăn mòn các loại vật liệu. 8 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Luận văn Thạc sĩ Khoa học Môi trường Một số thành phần hóa học chính trong bùn đỏ: Fe2O3, Al2O3, SiO2 và TiO2, Na2O, K2O, CaO.và một số nguyên tố kim loại có giá trị như: V, Ga. Bên cạnh đó, bùn đỏ còn chứa một số nguyên tố phóng xạ, kim loại nặng, các chất thải nguy hại, oxalate gây tác động xấu cho sức khỏe con người và môi trường [8].
Trước kia, để lưu trữ bùn đỏ, hầu hết các nhà máy sản xuất alumin đều chứa bùn đỏ trong các ao mở để cho nước bay hơi và chiết xuất kiềm. Phải mất vài năm, quá trình tự nhiên này mới kết thúc và khi đó bùn khô còn lại sẽ được chôn cất hoặc trộn với đất. Tuy nhiên, sau sự cố vỡ bể chứa bùn đỏ của một nhà máy sản xuất nhôm ở miền Tây Hungary và hậu quả của nó đã cho thấy việc chứa bùn đỏ chưa phải đã là giải pháp tốt, mà phải tìm ra một giải pháp hữu hiệu hơn để có thể xử lý, làm giảm các nguy cơ, rủi ro của bùn đỏ đến môi trường, hoặc có thể sử dụng chất thải này như một loại nguyên vật liệu cho quá trình sản xuất tạo ra các sản phẩm khác, mang lại lợi ích kinh tế nhưng không gây tác động xấu đến sức khỏe con người và môi trường. Xuất phát từ thực tế trên, đề tài: ―Nghiên cứu ảnh hƣởng của nhiệt độ nung đến quá trình ổn định hóa rắn bùn đỏ sản xuất vật liệu xây dựng” là rất cần thiết để có thể tận dụng bùn đỏ làm vật liệu xây dựng.
Đề tài luận văn tốt nghiệp với nội dung gồm: - Nghiên cứu quá trình sản xuất và thành phần bùn đỏ của hai nhà máy Nhân Cơ và Tân Rai - Xây dựng quy trình sử dụng bùn đỏ làm vật liệu xây dựng - Xác định đặc tính cơ lý, cấu trúc của vật liệu - Thử độ an toàn của vật liệu. 9 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Luận văn Thạc sĩ Khoa học Môi trường Chƣơng 1 - TỔNG QUAN 1. Bauxite và tiềm năng bauxite 1. Bauxite Quặng bauxite là loại quặng ph ổ biến nhất trong lớp vỏ của trái đất, nó là một loại khoáng sản có chứa hơn 32% alumin (Al2O3) [51].
Bauxite là một loại quặng nhôm trầm tích có màu hồng hoặc nâu, được hình thành trên các đá chứa hàm lượng sắt thấp hoặc sắt bị rửa trôi trong quá trình phong hóa nhưng giàu nhôm hoặc nhôm được tích tụ từ các quặng có trước do quá trình xói mòn. Quặng bauxite phân bố chủ yếu trong vành đai xung quanh xích đạo, đặc biệt trong môi trường nhiệt đới. Bauxite được xem là nguyên liệu chính để sản xuất alumin. Quá trình hình thành bauxite Quá trình hình thành bauxite trải qua các giai đoạn [51]: - Phong hóa đá và nước thấm lọc vào trong đá tạo nên các oxit nhôm và oxit sắt; - Làm giàu trầm tích hay đá đã bị phong hóa bởi sự rửa trôi của nước ngầm; - Xói mòn và tái tích tụ bauxite.
Quá trình này lại chịu ảnh hưởng của một số yếu tố như: đá mẹ chứa các khoáng vật này bị rửa trôi chỉ để lại nhôm và sắt, độ hổng của đá cho phép nước thấm qua, ở nơi có lượng mưa cao xen kẽ các đợt khô hạn ngắn, hệ thống thoát nước tốt, khí hậu nhiệt đới ẩm, có mặt lớp phủ thực vật và vi khuẩn. Theo một mô hình mô phỏng quá trình này thì giá trị pH thích hợp đạt khoảng 3,5 - 4,0. Thành phần khoáng vật của bauxite Bauxite tồn tại ở 3 dạng cấu trúc chính tùy thuộc vào số lượng phân tử nước chứa trong nó và cấu trúc tinh thể gồm: gibbsite Al(OH)3, boehmite γ-AlO(OH) và diaspore α-AlO(OH): 10 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Luận văn Thạc sĩ Khoa học Môi trường - Gibbsite có hàm lượng alumin tối đa là 65,4% - Boehmite và diaspore cả hai đều có hàm lượng alumin tối đa là 85%. Trong số bauxite hiện đang được khai thác, phổ biến nhất là gibbsite, sau đó là hỗn hợp của gibbsite và goehmite.
Cùng với bauxite còn có các khoáng vật oxit sắt goethite và hematite, các khoáng vật sét kaolinite và đôi khi có mặt cả anata TiO2 [45]. Mỗi dạng cấu trúc của bauxite có những đặc tính khác nhau tạo nên những mục đích khai thác và sử dụng khác nhau. Gibbsite là hydroxit nhôm thực sự, còn boehmite và diaspore tồn tại ở dạng hidroxit nhôm oxit. Sự khác biệt cơ bản giữa boehmite và diaspore là ở cấu trúc tinh thể và boehmite cần nhiệt độ cao hơn để thực hiện quá trình tách nước nhanh.
Ba dạng cấu trúc khác nhau của bauxite có thể phân loại thành hai nhóm dựa vào hàm lượng nước khác nhau, đó là: monohydrates và trihydrates [6]. Tiềm năng bauxite thế giới và Việt Nam 1. Tiềm năng bauxite thế giới Theo tài liệu (1/2009) của Cơ quan Địa chất Mỹ thì tài nguyên bauxite ở trên thế giới là 55 - 75 tỷ tấn phân bố ở các châu lục như sau: Bảng 1. Tài nguyên bauxite ở các châu lục trên thế giới [22] Châu lục Phần trăm trữ lƣợng Châu Phi 33% Châu Đại Dương 24% Nam Mỹ và Caribbean 22% Châu Á 15% 11 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Luận văn Thạc sĩ Khoa học Môi trường Bảng 1.
Trữ lƣợng và khai thác bauxite ở trên thế giới [22] TT Nƣớc Trữ Trữ lƣợng Sản lƣợng khai thác (triệu tấn) lƣợng cơ (tỷ tấn) 1992 1993 2006 2007 2008 sở (tỷ tấn) 1 Guinea 8,6 7,4 13,773 14 14,5 18 18 2 Australia 7,9 5,8 39,95 41 62,3 62,4 63 3 Việt Nam 5,4 2,1 - - - 0,03 0,03 4 Jamaica 2,5 2 11,302 10,8 14,9 14,6 15 5 Brazil 2,5 1,9 10,8 9,4 21 24,8 25 6 Trung Quốc 2,3 0,7 - - 21 30 32 7 Ấn Độ 1,4 0,77 4,475 5,4 12,7 19,2 2 8 Guyana 0,9 0,7 2,3 2 1,4 1,6 1,6 9 Hy Lạp 0,65 0,6 2,1 1,7 2,45 2,22 2,2 10 Suriname 0,6 0,58 3,25 3,2 4,92 4,9 4,5 11 Kazakhstan 0,45 0,36 - - 4,8 4,8 4,8 12 Venezuela 0,35 0,32 1,052 1 5,5 5,9 5,900 13 Nga 0,25 0,2 - - 6,6 6,4 6,4 14 Mỹ 0,04 0,02 - - - - - 15 Các nước khác 3,8 3,2 14,623 11,38 5,46 7,15 6,8 Toàn cầu 38 27 104 101 178 202 205 Theo số liệu điều tra thăm dò trước năm 2000, trên thế giới có hơn 40 nước có tài nguyên bauxite trong đó có 5 nước có trữ lượng trên 1 tỷ tấn là Guinea (7,4 tỷ tấn), Australia (5,8 tỷ tấn), Việt Nam (2,1 tỷ tấn), Jamaica (2 tỷ tấn), Brazil (1,9 tỷ 12 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Luận văn Thạc sĩ Khoa học Môi trường tấn). Các nước có trữ lượng bauxite đều khai thác để sử dụng trong nước và xuất khẩu. Sản xuất nhôm kim loại trên thế giới [22] STT Nƣớc 2006 (triệu tấn) 2007 (triệu tấn) 2008 (triệu tấn) 1 Trung Quốc 9,350 12,600 13,500 2 Nga 3,720 3,960 4,200 3 Canada 3,050 3,090 3,100 4 Mỹ 2,284 2,554 2,640 5 Australia 1,930 1,960 1,960 6 Brazil 1,498 1,660 1,660 7 Na Uy 1,330 1,300 1,100 8 Ấn Độ 1,100 1,220 1,300 9 Nam Phi 0,895 0,899 0,850 10 Bahrain 0,870 0,873 0,870 11 UAE 0,730 0,890 0,920 12 Venezuela 0,10 0,610 0,550 13 Mozambique 0,564 0,564 0,550 14 Germany 0,537 0,555 0,590 15 Tajikistan 0,414 0,419 0,420 16 Iceland 0,320 0,398 0,790 17 Các nước khác 4,510 4,460 4,700 Toàn cầu 33,700 38,000 39,700 13 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Luận văn Thạc sĩ Khoa học Môi trường Trong 15 năm qua sản lượng khai thác bauxite ở trên thế giới tăng bình quân hàng năm là 6,8%. Riêng năm 2008, sản lượng khai thác bauxite là 205 triệu tấn tăng 1,45% so với năm 2007.
Với tài nguyên bauxite trên toàn thế giới đạt từ 55 đến 75 tỷ tấn, trong đó trữ lượng đã thăm dò đạt 27 - 38 tỷ, nó có thể thoả mãn nhu cầu của nhân loại về kim loại nhôm khoảng vài trăm năm nữa [6]. Trên thế giới có 24 nước với 54 nhà máy sản xuất alumin và 40 nước với 121 nhà máy điện phân nhôm kim loại. Trong 15 năm qua, sản lượng nhôm kim loại trên thế giới tăng bình quân hàng năm là 7,2%; năm 2008 chỉ tăng hơn năm 2007 là 0,45%.