CHƯƠNG 1.1 Tong quan về bùn đỏ 1.1 Tình hình khai thác và chế biến bauxit trên Thế giới. Theo c ng bố của cục khảo sát Dia chất Mỹ vào tháng 1 năm 2009 thì tiềm năng bauxit toàn thế giới khoảng 55 — 75 ty tan, ph n bố trên các Ch u lục như bảng 1.1 Ph n bố các trữ lượng ở các Ch u lục STT Châu lục Tỷ lệ phân bố (%) 1 | Châu Phi 33 2 |Ch u Đại Dương 24 3 | Châu Mỹ và Carribe 22 4 | Châu Á 15 5 | Các nơi khác 6 Trên thé 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 nước có tiêm năng lớn hang đâu vê bauxit STT Tên nước Trữ lượng Bauxit (10° tan) 1 Guinea 3.6 2 | Australia 78 3 | Việt Nam 55 4 | Brazil 235 5_ | Jamaica 235 6 | Trung Quéc 23 7 |AnĐộ 14 1.2 Tình hình khai thác và chế biến bauxit 6 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 ty tan, trong đó khu vực miền Bắc khoảng 91 triệu tan, c n lại tập trung chủ yếu ở khu vực miền Nam khoảng 5,4 ty tan (chiếm 98% tong trữ lượng cả nước), trong đó gồm Đăk N ng khoảng 3,42 tỷ tấn (chiếm 62% tổng trữ lượng): Lm Đồng khoảng 975 triệu tấn (chiếm 18%); Gia Lai - Kon Tum Luận văn Tốt nghiệp HDKH: TS. Nguyễn Quang Long PGS.TS Huỳnh Kỳ Phương Hạ khoảng 806 triệu tan (chiếm 15%) và Bình Phước khoảng 217 triệu tan (chiếm 4%) và một số khu vực ven bi n Quảng Ngãi va Phú Yên [1,11,12].
Ð y là yếu tố quan trọng và quyết định việc phát tri n ngành c ng nghiệp khai thác bauxit, sản xuất alumin và nh_m kim loại của Việt Nam.2 Công nghệ thải bùn đó và đặc tính của bùn đỏ.1 Công nghệ thai bùn đó. Thai bùn đỏ trên đất có 2 phương pháp là thai kh hoặc thải ướt: - Thai khô là bơm bùn ra bãi thải với hàm lượng chất răn rất cao, tiết kiệm diện tích nhưng tốn kém và phức tạp hơn, thích hợp với những vùng có lượng bóc hơi lớn hơn so với lượng mưa. - Thai ướt là bơm bùn ra bãi thải với hàm lượng chất ran thấp hơn, đỡ tốn kém, thích hợp với các vùng có các thung lũng dễ tạo thành hồ chứa.2 Định hướng xử lý bùn đó Trên thé giới đã có nhiều c ng trình nghiên cứu thành e ng(k cả quy m thí nghiệm bán c ng nghiệp) về sử dụng bùn đỏ, nhưng hiệu quả kinh tế c n thấp và lượng bùn đỏ thải ra quá lớn nên việc sử dụng chúng c n rất hạn chế, chủ yếu vẫn thải ra các bãi chứa. Trước đ y, ở một số nước trên thế giới, người ta thường bơm bùn xuống đáy s ng, đáy bi n hay ngăn một phan vịnh bi n đ chứa bùn thải [28, 37].
Arawal và các cộng sự đã thống kê 84 nhà máy alumin trên thế giới chỉ có 7 nhà máy có dự án thải ra bi n vì hiếm đất (Nhật, Hylap). Tuy nhiên, hiện nay các biện pháp này đều bị nghiêm cam vi nó phá hủy hoàn toàn m i trường sống của các sinh vật đáy thủy vực. Từ năm 1945, nước Anh đã sử dụng bùn đỏ làm chất keo tụ. Hiện nay, trên thế giới đã có nhiễu ứng dụng từ bùn đỏ, trong đó tập trung vào 3 lĩnh vực như: chất phụ gia trong xi mang, san xuất vat liệu x y dung, diéu ché quang sat [27, 28, 29, 32,41, 45].
Một kết qua nghiên cứu của Mỹ về việc tái sử dung bùn đỏ bằng cách thủy ph n bùn đỏ trong axit sunphuric d thu hồi Ti và nh me n dư trong bùn đỏ, sau đó cặn thải trong quá trình thu hồi Ti được đưa vào trungh a kiềm c n dư trong bùn đỏ. Tuy nhiên phương án này chỉ phù hợp với những quặng Luận văn Tốt nghiệp HDKH: TS. Nguyễn Quang Long PGS.TS Huỳnh Kỳ Phương Hạ bauxit có hàm lượng Ti lớn trên 10%, c n đối với quặng Bauxit Việt nam, hàm lượng TiO2 chỉ khoảng 7% do đó phương án này kh ng th áp dụng được. Các nghiên cứu của các nhà Khoa học Séc [29], cũng đưa ra đ sản xuất gạch kh ng nung, bang cách trộn bùn đỏ với xi măng và đá v i theo tỷ lệ thích hợp, tính chất cơ lý của gạch được chế tạo từ bùn đỏ tương đương với gạch Block M100 theo tiêu chuẩn của Việt Nam, đ y là phương án khả thi cóth áp dụng được cho Việt nam.
Các kết quả nghiên cứu của các nhà Khoa học Hy Lạp đã đưa ra phương án sử dụng bùn đỏ thành vật liệu làm đường, kết quả cho thấy khi sử dụng tỷ lệ 60% bùn đỏ và 40% đất cấp phối thì khả năng chịu lực của nền đường là tương đương với nền đất tự nhiên, đ y cũng là phương án cần được quan t m khi sử dụng tái chế bùn đỏ ở Việt Nam [34]. Việc sử dụng bùn đỏ thành các vật liệu hấp phụ các chất màu, Asen, Flo, Photpho, Sat, Mangan cũng được các nha khoa học trên thế giới đưa ra, tuy nhiên bùn đỏ cần được biến tính và hoạt hóa trước khi sử dụng [27,47,50].Ð y là hướng nghiên cứu cần được áp dụng tại Việt Nam. Theo kết quả ph n tích nhiệt trọng lực DTG của nhóm Ramesh Chandra Sahu et.2) cho thay mau bùn đỏ có năm đi m giảm khối lượng. Di m đầu tiên xảy ra ở 30-180°C (khối lượng giảm khoảng 3,34%) do sự bay hơi của nước; đi m thứ hai xảy ra trong khoảng 180-390°C (6,75%) do sự mất mát của HO và cũng loại bỏ HạO từ Al(OH);; đi m thứ ba xảy ra trong khoảng 390-900°C (1,86%) do việc thoát ra của CO; trong quá trình ph n hủy của CaCO; đ tạo thành CaO.
Đường cong DSC cho thấy có hai đỉnh rộng và lớn tập trung ở 65°C và 291,5°C tương ứng với các chất hấp phụ và hấp phụ nước. Luận văn Tốt nghiệp HDKH: TS. Nguyễn Quang Long PGS.TS Huỳnh Kỳ Phương Hạ 2.5 = ¬ ae c2 S94 - ji40 Co ¬ = = 92 - = = (°° = = © 904 8s + ]_— ——ñDD — 8S + 05 100 200 300 400 500 600 700 800 900 Temperature ("C) Hình 1.1 Kết qua ph n tích nhiệt trong lực DTG của nhóm Ramesh Chandra Sahu (2011) Tinh chat hap thu: - Tinh chất hấp thụ của bùn đỏ được quyết định bởi đặc tính bề mặt va cau trúc xốp của nó. Do cấu trúc xốp, những hạt bùn đỏ có kích thước nhỏ hơn Imm, có bề mặt riêng.
Bề mặt của bùn đỏ bao gồm bé mặt ngoài và bề mặt trong. Quá trình hap thụ xảy ra trên bề mặt trong và bê mặt ngoài của bùn đỏ - Bé mặt trong được xác định băng bề mặt của mao quản chuy n tiếp. Các mao quản nay vào khoảng 40 A, đến 90 A,. Khi dùng phương pháp hấp phụ nito trên bentonite đ đo độ hấp phụ theo phương pháp của BET, người ta xác định được bề mặt ngoài của bùn đỏ vào khoảng 131,869 m°/ g.
- Dién tích bề mặt ngoài và kích thước của mao quản chuy n tiếp phụ thuộc vào kích thước hạt bùn đỏ. Kích thước này càng nhỏ thì diện tích bề mặt riêng càng lớn và kích thước mao quản càng nhỏ.2 Bentonite Thuật ngữ “Bentonite” là tên th ng dụng của một loại khoáng sét, nó có tính keo và dẻo, thành phan chính là montmorillonite (MMT), ngoài ra còn có: Feldspar, biotite, kaolinite, illite, cristobalite, pyroxene, và thạch anh. Nó được sinh ra từ tro tàn của núi lửa, một quá trình phong hóa các nham thạch lâu đài trong điều kiện khí hậu nóng âm ướt[6]. Luận văn Tốt nghiệp HDKH: TS.
Nguyễn Quang Long PGS.TS Huỳnh Kỳ Phương Hạ Ở nước ta có tiềm năng khoáng sản bentonite rất lớn, phân bố khắp các vùng miễn từ Bắc vào Nam với đủ hai chủng loại bentonite kiềm và kiềm tho. Các địa phương có khoáng bentonite trữ lượng lớn là: Di Linh — L m Đồng, Cổ Định — Thanh Hoá, Tuy Phong — Bình Thuan, Gia Quy-Ba Ria Vũng Tàu, Kiên Binh-An Giang, Long Đất — Đồng Nai,. Bentonite được sử dụng trong công nghiệp phan lớn là Na-MMT, Ca-MMT và một lượng nhỏ saponite (Mg), nontronite (Fe), hectorite (Li). Công thức phân tử chung cho MMT là: (M’,.nH,O)(Al_ yvMg,)S14O¡o(OH)s, trong đó: M = Na, K, Mg, Ca, Fe, theo ly tưởng x = 0,33.
MMT có cau trúc lớp 2:1, mỗi lớp cấu trúc trong tinh th của MMT được cau tạo từ 2 lớp tứ diện (SiO4) liên kết với một lớp bát diện (Me(OH); trong đó Me = AI, Fe, Mg, .) ở giữa qua cầu nối O; Hai lớp tứ diện cùng quay đỉnh chung vào phía lớp bát diện. Các đỉnh chung của tứ diện và bát diện khá nhiều do đó phân lớn nhóm OH đã bị thay thế bằng O và quay đầu vào bên trong lớp cấu trúc, cứ 3 vị trí tâm bát diện thì 2 vị trí được chiếm bởi các cation hóa trị 3” (chủ yếu AI”) con một vị trí đ trống [6, 7]. Trong mạng lưới cấu trúc thường xảy ra sự thay thế đồng hình giữa các cation làm xuất hiện điện tích âm (trong mạng bát diện do sự thay thế đồng hình của ion AP* bằng ion Mg””, ở mạng tứ diện do sự thay thé của ion Si”” bởi ion AI). Điện tích âm của mạng được bù trừ bởi các cation Na”, K*, Ca“*, Lï*,.
năm trong khoảng không gian giữa hai lớp. Các cation này dễ bị hydrat hóa khi tiếp xúc với nước và dễ dàng được thay thế bởi các cation khác tạo ra khả năng biến tính MMT. Chiều dày của một lớp cau trúc là 9,6A đối với trạng thái khô. Khi hap phụ nước thì khoảng cách giữa lớp cấu trúc tăng lên khoảng 15 - 20A.
Khoảng cách này còn có th tăng lên đến 30A khi các cation trao đôi được thay thé bang các ionv cơ ph n cực, các phức cơ kim, các ph n tử hữu co [6]. Khi h a tan trong nước, các lớp liên kết tĩnh điện với nhau tạo cấu trúc card-house và chat lỏng trở nên sén sệt. Khi cau trúc phát tri n hon, chất long MMT phân tán trở thành dang gel. Bentonite đã được biết đến và sử dụng từ lâu với những tính chất đa dạng của nó.
Bentonite được sử dụng trong các lĩnh vực chính sau [6, 7]: Luận văn Tốt nghiệp HDKH: TS. Nguyễn Quang Long PGS.TS Huỳnh Kỳ Phương Hạ - Làm vật liệu tây, lọc trong nhiều ngành công nghiệp hóa học như: Hóa dầu, thực phẩm, dệt nhuộm, chất tây rửa, xử lý nước thai, .