MỞ ĐẦU Bauxit là một trong những khoáng sản phổ biến trên bề mặt Trái đất để chế biến thành nhôm kim loại và là một trong những nguồn tài nguyên khoáng sản có trữ lượng rất lớn của Việt Nam. Theo kết quả điều tra thăm dò địa chất chưa đầy đủ, ở nước ta khoáng sản Bauxit phân bố rộng từ Bắc đến Nam với trữ lượng khoảng 5,5 tỷ tấn quặng nguyên khai, tương đương với 2,4 tỷ tấn quặng tinh; tập trung chủ yếu ở Tây Nguyên (chiếm 91,4%), trong đó Đăk Nông 1,44 tỷ tấn (chiếm 61%). So với các mỏ Bauxit trên thế giới, Bauxit ở Việt Nam được đánh giá có chất lượng trung bình. Theo báo cáo “Tổng quan về tài nguyên quặng Bauxit và quy hoạch phân vùng thăm dò, khai thác, chế biến, sử dụng quặng Bauxit giai đoạn 2007-2015 có xét đến năm 2025” của Tập đoàn Công nghiệp Than – Khoáng sản Việt Nam (TKV), cơ quan chịu trách nhiệm chính trong việc đầu tư thực hiện quy hoạch Bauxit tại Tây Nguyên thì đến năm 2015, Việt Nam sẽ sản xuất từ 6,0-8,5 triệu tấn Alumin và 0,2-0,4 triệu tấn Nhôm.
Tại vùng Tây Nguyên sẽ xây dựng 6 nhà máy Alumin, 1 nhà máy điện phân nhôm, 1 đường sắt khổ đơn dài 270km, rộng 1,43m từ Đăk Nông đến Bình Thuận và 1 cảng biển chuyên dụng công suất 10 - 15 triệu tấn tại Bình Thuận. Đến năm 2025 sẽ xây dựng và nâng công suất của 7 nhà máy. Bùn đỏ là bã thải của quá trình sản xuất nhôm từ quặng bauxit theo phương pháp Bayer. Do tính kiềm cao và lượng bùn thải lớn, bùn đỏ sẽ là tác nhân gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng nếu không được quản lý tốt.
Bùn đỏ là hỗn hợp bao gồm các hợp chất như sắt, mangan… và một lượng xút dư thừa do quá trình hòa tan và tách quặng bauxit. Đây là hợp chất độc hại, thậm chí bùn đỏ được ví như “bùn bẩn”. Hiện nay, trên thế giới chưa có nước nào xử lý triệt để được vấn đề bùn đỏ. Cách phổ biến mà người ta vẫn thường làm là chôn lấp bùn đỏ ở các vùng đất ít người, ven biển để tránh độc hại.
Với quy hoạch phát triển bauxit ở Tây Nguyên đến năm 2015 mỗi năm sản xuất khoảng 7 triệu tấn Alumin, tương đương với việc thải ra môi trường 10 triệu tấn bùn đỏ. Đến năm 2025 là 15 triệu tấn alumin tương 1 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com đương với 23 triệu tấn bùn đỏ. Cứ như thế sau 10 năm sẽ có 230 triệu tấn và sau 50 năm sẽ có 1,15 tỷ tấn bùn đỏ tồn đọng trên vùng Tây Nguyên. Tuy nhiên, do thành phần và tính chất của quặng bauxit khác nhau dẫn đến thành phần và tính chất của bùn đỏ cũng khác nhau, cho đến thời điểm hiện nay, chưa có cơ quan nào nghiên cứu về thành phần và tính chất của bùn đỏ trong quá trình sản xuất alumin tại Việt Nam.
Thành phần các nguyên tố kim loại trong bùn đỏ cũng giao động lớn tùy thuộc vào thành phần và tính chất của quặng như hàm lượng Fe2O3 giao động từ 30- 60%, hàm lượng nhôm oxit còn dư từ 10-20%, hàm lượng TiO2 giao động khá lớn từ hàm lượng vết cho đến 25%, tùy theo thành phần và tính chất của bùn đỏ mà chúng ta đưa ra các công nghệ phù hợp để sản xuất các vật liệu hữu ích khác nhau như: Vật liệu xử lý nước ở các dạng hợp chất như phèn nhôm, sắt hoặc chế tạo ra các vật liệu hấp phụ làm sạch nước và không khí. Do vậy, việc nghiên cứu thành phần và tính chất của bùn đỏ nhằm định hướng ứng dụng trong xử lý môi trường là việc làm cần thiết và cấp bách. 2 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com CHƢƠNG 1.1 Tình hình khai thác và chế biến bauxit ở Việt Nam và Thế giới.1 Tình hình khai thác và chế biến bauxit trên Thế giới. Theo công bố của cục khảo sát Địa chất Mỹ vào tháng 1 năm 2009 thì tiềm năng bauxit toàn thế giới khoảng 55 – 75 tỷ tấn, phân bố trên các Châu lục như bảng 1.1: Phân bố các trữ lƣợng ở các Châu lục.
STT Châu lục Tỷ lệ phân bố (%) 1 Châu Phi 33 2 Châu Đại Dương 24 3 Châu Mỹ và Carribe 22 4 Châu Á 15 5 Các nơi khác 6 Trên thế giới có khoảng 40 nước có bauxit, trong đó những nước có tiềm năng lớn hàng đầu được trình bày ở bảng 1.2: Các nƣớc có tiềm năng lớn hàng đầu về bauxit. Trữ lượng Bauxit STT Tên nước (109 tấn) 1 Guinea 8,6 2 Australia 7,8 3 Việt Nam 5,5 4 Brazil 2,5 5 Jamaica 2,5 6 Trung Quốc 2,3 7 Ấn Độ 1,4 Hầu hết các nước có nguồn bauxit lớn đều khai thác để chế biến trong nước hoặc xuất khẩu. Hiện nay trên thế giới có khoảng 20 nước khai thác bauxit, 33 nước sản xuất alumin và 45 nước điện phân nhôm [29]. 3 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Khai thác bauxit và sản xuất alumin phụ thuộc chủ yếu vào nhu cầu nhôm của thế giới.
Từ những năm 1990, tốc độ sản xuất nhôm cao hơn sản xuất bauxit- alumin. Năm 1999 sản lượng alumin của thế giới là 45,784 triệu tấn, năm 2005 là 60,833 và đến năm 2006 đã là 72,200 triệu tấn. Bauxit chủ yếu dùng cho ngành luyện kim, trong khi bauxit được dùng cho các ngành công nghiệp khác như: vật liệu chịu lửa, vật liệu mài, vật liệu gốm sứ chỉ dao động trong khoảng 7 triệu tấn/năm. Hiện nay trên thế giới có khoảng 94 công ty sản xuất alumin, trong đó một số công ty lớn được trình bày ở bảng 1.3: Các công ty sản xuất alumin chủ yếu trên thế giới.
STT Công ty Công suất thiết kế(tấn) Sản xuất thực tế(tấn) 1 Alcoa 13.000 Từ khi được phát minh đến nay, công nghệ Bayer vẫn chiếm chủ đạo trong công nghiệp sản xuất alumin của thế giới. Hiện nay và dự báo trong tương lai, khoảng 90% sản lượng alumin của thế giới vẫn được sản xuất bằng công nghệ này. Hiện nay, trên thế giới vẫn tồn tại 2 công nghệ Bayer sản xuất alumin từ bauxit: Công nghệ bayer Châu Âu và công nghệ bayer Châu Mỹ. Bauxit dạng gipxit (hydratgilit) dễ dàng tách thì chỉ cần áp dụng công nghệ Bayer của Châu Mỹ, bauxit 4 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com khó hòa tách như bơmit hay diaspor thường phải áp dụng công nghệ Bayer của Châu Âu hoặc kết hợp công nghệ Bayer với thiêu kết hoặc thiêu kết đối với bauxit diaspor chứa nhiều silic.2 Tình hình khai thác và chế biến bauxit ở Việt Nam.
Việt Nam được xác định là một trong những nước có nguồn tài nguyên bauxit vào loại lớn trên thế giới, tổng trữ lượng và tài nguyên dự báo khoảng 5,5 tỷ tấn, trong đó khu vực miền Bắc khoảng 91 triệu tấn, còn lại tập trung chủ yếu ở khu vực miền Nam khoảng 5,4 tỷ tấn (chiếm 98% tổng trữ lượng cả nước), trong đó gồm Đăk Nông khoảng 3,42 tỷ tấn (chiếm 62% tổng trữ lượng); Lâm Đồng khoảng 975 triệu tấn (chiếm 18%); Gia Lai - Kon Tum khoảng 806 triệu tấn (chiếm 15%) và Bình Phước khoảng 217 triệu tấn (chiếm 4%) và một số khu vực ven biển Quảng Ngãi và Phú Yên [1,11,12]. Đây là yếu tố quan trọng và quyết định việc phát triển ngành công nghiệp khai thác bauxit, sản xuất alumin và nhôm kim loại của Việt Nam. Theo báo cáo “Nghiên cứu cơ sở khoa học và thực tiễn để xây dựng quy phạm phân cấp trữ lượng tài nguyên các mỏ bauxit Việt Nam-Văn phòng Hội đồng đánh giá trữ lượng khoáng sản - Bộ Tài nguyên và Môi trường. Hà nội, 2005”: Căn cứ vào nguồn gốc tạo thành, quặng bauxit được phân thành 2 loại: quặng trầm tích (trong đó một số mỏ, điểm quặng bị biến chất) và quặng phong hoá laterit.
Các mỏ bauxit trầm tích phân bố chủ yếu ở miền Bắc, có thành phần khoáng vật chính mono-hydrat (ôxyt nhôm ngậm 1 nước: bơmit - Al2O3.H2O); Các mỏ phong hoá laterit phát triển chủ yếu ở miền Nam và thành phần chính là tri-hydrat (ôxyt nhôm ngậm 3 nước: gipxit -Al2O3. Căn cứ điều kiện thành tạo và thành phần vật chất, quặng bauxit trầm tích được phân làm 2 loại quặng gốc và sa khoáng. Các thân quặng gốc thường nằm trong tầng bauxit gồm có bauxit, alit, đá phiến sét, phiến sét than và phiến silic (Mỏ Táp Ná – Cao Bằng, Tam Lung – Lạng Sơn), quặng gồm diaspor, bơmit, hydrohematit, kaolinit…Chất lượng quặng tùy thuộc vào từng mỏ: Al2O3 41-47%; SiO2 5,5-14% (mỏ Táp Ná); Al2O3 49,51%; SiO2 5 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 12,68%; Fe2O3 22,19%; TiO2 2,67% (mỏ Tam Lung); Al2O3 49,1-56,9%; SiO2 11,6- 12,21%; Fe2O3 9,76-25,24%; TiO22,50-6,76% ( mỏ Mèo Vạc). Quặng sa khoáng là sản phẩm của quá trình phong hoá, phá huỷ quặng gốc tại chỗ (sa khoáng eluvi) ở sườn đồi hoặc sườn núi (deluvi) hoặc lắng đọng tại các thung lũng (aluvi).
Quặng sa khoáng nguyên khai có chất lượng thấp vì có lẫn nhiều tạp chất – chủ yếu là sét kaolinit. Để nâng cao chất lượng người ta phải qua tuyển đãi bằng phương pháp thông thường – tuyển rửa. Quặng gồm diaspor và bơmit Các mỏ bauxit nguồn gốc phong hoá laterit chiếm ưu thế tuyệt đối về quy mô trữ lượng. Ở miền Bắc thành tạo bauxit laterit được phát hiện ở Điện Biên Phủ, bauxit hình thành trong vỏ phong hóa đá bazan, thành phần khoáng vật chủ yếu là gipxit, hàm lượng Al2O3 43,13-47,37%; SiO2 1,64-9,66%; Fe2O3 17,83-19,61%; TiO2 4,1- 4,15%; Ngoài ra, ở Phủ Quỳ-Nghệ An, Tân Phủ - Tuyên Quang với trữ lượng nhỏ.
Ở miền Nam trữ lượng bauxit laterit thuộc loại tầm cỡ thế giới có hầu hết ở các tỉnh Tây Nguyên, tại vùng Đăk Nông bao gồm các mỏ 1-5, Quảng sơn, Nhân cơ, Gia Nghĩa, Bắc Gia Nghĩa, Đăk Song, Tuy Đức, tại vùng Bảo Lộc-Di Linh bao gồm các mỏ Bảo Lộc, Tân Rai, Đồi Nam Phương., tại vùng Congplông – Kanac bao gồm các mỏ Công Hà Nừng, Măng đen, tại vùng duyên hải bao gồm các mỏ Quảng Ngãi, Vân Hòa-Phú Yên. Công nghiệp khai thác bauxit ở nước ta còn mới và rất nhỏ bé. Trong các năm 1937-1943, Pháp đã khai thác ở mỏ Lỗ Sơn (Hải Dương) khoảng 36.000 tấn và 160 tấn bauxit ở mỏ Bản Láng-Lạng Sơn để sản xuất đá mài. Sau hòa bình lập lại, hàng năm quặng bauxit ở mỏ Lỗ Sơn vẫn tiếp tục được khai thác với sản lượng rất nhỏ.
Ở Miền Nam, năm 1977 mỏ Đồi Nam Phương – Lâm Đồng được chính thức đưa vào khai thác với công suất thiết kế 10.000 tấn tinh quặng/năm để cung cấp quặng bauxit cho nhà máy Hóa chất Tân Bình. Cho tới nay xí nghiệp khai thác, tuyển khoáng ở đây vẫn tiếp tục sản xuất ổn định và không ngừng phát triển.