Tải bản đầy đủ

NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG POLYDADMAC ĐỂ HẠN CHẾ PHẢN ỨNG TÁN KEO CỦA THÀNH PHẦN SÉT TRONG BÙN ĐỎ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
----------

NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG POLYDADMAC
ĐỂ HẠN CHẾ PHẢN ỨNG TÁN KEO
CỦA THÀNH PHẦN SÉT TRONG BÙN ĐỎ

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội - 2019


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
----------

NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG POLYDADMAC
ĐỂ HẠN CHẾ PHẢN ỨNG TÁN KEO
CỦA THÀNH PHẦN SÉT TRONG BÙN ĐỎ
Chuyên ngành: Khoa học Môi trường

Mã số: 8440301.01

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
PGS.TS. Nguyễn Mạnh Khải
PGS.TS. Nguyễn Ngọc Minh

Hà Nội - 2019


LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên, học viên xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo thuộc Bộ môn
Tài nguyên và Môi trường đất, Khoa Môi trường, Trường Đại học Khoa học Tự
nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội đã tạo mọi điều kiện thuận lợi để học viên có thể
học tập và làm việc trong suốt thời gian nghiên cứu.
Đặc biệt, với lòng biết ơn và sự kính trọng sâu sắc, học viên xin gửi lời cảm
ơn chân thành tới PGS.TS. Nguyễn Mạnh Khải – Bộ môn Công nghệ Môi trường và
PGS.TS. Nguyễn Ngọc Minh – Bộ môn Tài nguyên và Môi trường đất, Khoa Môi
trường, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên đã trực tiếp hướng dẫn, tận tình giúp đỡ
học viên trong suốt quá trình thực hiện luận văn này.
Cuối cùng, học viên xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình, bạn bè và
các anh chị cùng làm việc tại Bộ môn Tài nguyên và Môi trường đất đã luôn quan
tâm, động viên, khuyến khích và giúp đỡ về mặt tài chính và tinh thần, theo sát học
viên trong suốt quá trình hoàn thiện luận văn.
Học viên xin cảm ơn sự hỗ trợ kinh phí thực hiện từ đề tài Nafosted (mã số:
105.08-2017.02).
Xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày

tháng
Học viên

1

năm 2019


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN............................................................................................................i
DANH MỤC BẢNG................................................................................................iv


LỜI MỞ ĐẦU...........................................................................................................1
Chương 1. TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU.........................................3
1.1. Giới thiệu về bùn đỏ..............................................................................................3
1.1.1. Nguồn gốc phát sinh bùn đỏ................................................................................3
1.1.2. Thành phần hóa học và khoáng vật học của bùn đỏ...........................................5
1.2. Đặc tính keo của bùn đỏ........................................................................................8
1.3. Các tác động môi trường tiềm ẩn của bùn đỏ......................................................10
1.4. Nghiên cứu về xử lý và tận dụng bùn đỏ............................................................14
1.4.1. Trên thế giới......................................................................................................15
1.4.2. Ở Việt Nam........................................................................................................17
1.5. Tổng quan về polyDADMAC.............................................................................20
1.5.1. Đặc điểm chung.................................................................................................20
1.5.2. Một số ứng dụng của polyDADMAC trong xử lý môi trường.........................22
Chương 2. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU...........................25
2.1. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu........................................................................25
2.1.1. Đối tượng nghiên cứu........................................................................................25
2.2. Nội dung nghiên cứu.............................................................................................26
2.3. Vật liệu nghiên cứu...............................................................................................26
2.3.1. Mẫu bùn đỏ........................................................................................................26
2.3.2. Dung dịch polyDADMAC.................................................................................27
2.4. Phương pháp nghiên cứu......................................................................................27
2.4.2. Xác định đặc tính cơ bản của cấp hạt sét trong mẫu bùn đỏ nghiên cứu...........28

2


2.4.3.1. Thí nghiệm về phân tán cấp hạt sét trong ống nghiệm...................................28
2.4.3.2. Xác định điện tích bề mặt của cấp hạt sét trong bùn đỏ.................................29
2.4.3.3. Xác định ảnh hưởng của một số yếu tố lý hóa học tới sự tán keo của thành
phần sét trong bùn đỏ...................................................................................................30
2.3.3.4. Phương pháp xử lý số liệu..............................................................................31
Chương 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU....................................................................32
3.1. Các tính chất cơ bản của mẫu bùn đỏ nghiên cứu................................................32
3.2. Các đặc tính cơ bản của cấp hạt sét trong mẫu bùn đỏ nghiên cứu........................34
3.4. Ảnh hưởng của Al và Si hòa tan tới khả năng phân tán của cấp hạt sét trong
mẫu bùn đỏ...................................................................................................................42
3.5. Cơ chế tác động của polyDADMAC đến đặc tính keo của cấp hạt sét trong
bùn đỏ………………...................................................................................................45
KẾT LUẬN.............................................................................................................50
TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................................51
PHỤ LỤC................................................................................................................ 59

3


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1: Thành phần khoáng vật của bùn đỏ..............................................................6
Bảng 2: Một số đặc tính lý hóa cơ bản của mẫu bùn đỏ nghiên cứu........................32

DANH MỤC HÌNH
Hình 1: Phân bố cấp hạt mịn và thô đặc trưng của bùn đỏ.......................................4
Hình 2: Thành phần hóa học của bùn đỏ..................................................................5
Hình 3: Thảm họa môi trường do vỡ hồ chứa bùn đỏ ở Hungary năm 2010.........12
Hình 4: Một số phương pháp xử lý và tận dụng bùn đỏ.........................................15
Hình 5: Tổng hợp PD bằng từ chất ban đầu dimethylamine và alllyl chloride......21
Hình 6: Hồ chứa bùn đỏ tại khu vực Tân Rai, Lâm Đồng......................................25
Hình 7: Sơ đồ cấu tạo và cơ chế hoạt động của máy PCD Mütek 05: Phân bố ion
trong dung dịch khi không có dòng chuyển động (a) và có dòng chuyển động (b)
................................................................................................................................. 30
Hình 8: Thành phần hóa học của từng cấp hạt trong bùn đỏ: (a) cấp hạt cát; (b) cấp
hạt sét, (c) cấp hạt limon.........................................................................................33
Hình 9: Nhiễu xạ X-ray của thành phần sét trong mẫu bùn đỏ nghiên cứu với các
quy trình xử lý khác nhau: (i) bão hòa Mg, (ii) bão hòa Mg sau đó bão hòa etylen
glycol, (iii) bão hòa K và (iv) bão hòa K sau đó nung ở 550oC...............................35
Hình 10: Kết quả phân tích nhóm chức bề mặt qua phổ hấp thụ hồng ngoại FTIR (a)
và ảnh chụp trên kính hiển vi điện tử quét (SEM) (b) của cấp hạt sét trong mẫu bùn
đỏ............................................................................................................................. 36
Hình 11: Xu hướng thế ζ (a) và độ truyền qua (b) của mẫu sét trong bùn đỏ dưới
ảnh hưởng của PD...................................................................................................39
Hình 12: Xu hướng thế ζ (a) và độ truyền qua (b) của mẫu sét trong bùn đỏ đã loại
Fe dưới ảnh hưởng của PD.....................................................................................41

4


Hình 13: Xu hướng của thế ζ (a) và T% (b) của mẫu bùn đỏ dưới ảnh hưởng của
Al hòa tan. Nồng độ PD được sử dụng 0,5 mM.....................................................43
Hình 14: Xu hướng của thế ζ (a) và T% (b) của mẫu bùn đỏ dưới ảnh hưởng của Si
hòa tan. Nồng độ PD được sử dụng 0,5 mM..........................................................45
Hình 15: Cơ chế tác động của polyDADMAC đến đặc tính keo của cấp hạt sét
trong bùn đỏ............................................................................................................47

5


LỜI MỞ ĐẦU
Việt Nam là một trong những nước có tiềm năng lớn về quặng bauxit trong
khu vực và trên thế giới. Tổng trữ lượng quặng bauxit đã được xác định và tài nguyên
dự báo khoảng 5,50 tỷ tấn, tập trung chủ yếu ở khu vực Tây Nguyên. Hiện tại, nước
ta có hai nhà máy đang khai thác quặng bauxit và chế biến alumin bao gồm Tân Rai
(Lâm Đồng) và Nhân Cơ (Đắk Nông) với công suất hiện tại khoảng 650.000
tấn/năm/nhà máy.
Bùn đỏ là chất thải chính của công đoạn xử lý quặng bauxit theo phương pháp
Bayer, trong đó có sử dụng kiềm để hòa tan và tách Al. Với công nghệ sản xuất hiện
tại, cứ mỗi tấn alumin được tạo ra sẽ đi kèm với 1,20 – 1,30 tấn bùn đỏ (MTA, 2006).
Do tính kiềm cao, dung dịch chứa bùn đỏ thường có độ nhớt lớn, các thành phần oxit
và hydroxit tồn tại ở trạng thái phân tán nên khi có sự cố, đặc biệt là sự cố tràn và vỡ
đập phát tán bùn đỏ ra môi trường tự nhiên sẽ khó kiểm soát và thu hồi lượng chất
thải này. Hiện nay, các nước trên thế giới cũng chưa có biện pháp nào để xử lý triệt để
được vấn đề bùn đỏ. Giải pháp xử lý tạm thời của các quốc gia là chôn lấp để hạn chế
ô nhiễm môi trường (Sutar và nnk, 2014). Tuy nhiên, giải pháp này không làm thay
đổi bản chất và đặc tính vốn có của bùn đỏ (độ nhớt, độ phân tán) nên vẫn tiềm ẩn
nhiều nguy cơ từ loại hình xử lý này. Bên cạnh đó, bùn đỏ là một trong những chất
thải nghiêm trọng nhất liên quan đến nhà máy sản xuất alumin, do vậy nếu không xử
lý đúng cách những sự cố lớn vẫn xuất hiện ở khắp nơi trên thế giới. Điển hình là sự
cố vỡ đập chứa bùn ở Hungary năm 2010 làm gần 1 triệu m 3 bùn đỏ tràn ra môi
trường gây thiệt hại nặng nề cho môi trường và sức khỏe của cư dân địa phương
(Gura, 2010). Bất chấp những nỗ lực trong phòng ngừa sự cố và ô nhiễm môi trường
từ hoạt động khai thác bauxit, nhân loại vẫn chứng kiến nhiều thảm họa liên quan đến
bùn đỏ (vỡ đập bùn đỏ ở Úc, Hungary…). Điều này cho thấy vẫn cần sự quan tâm
đặc biệt của cộng đồng khoa học nhằm giải quyết triệt để hơn những nguy cơ ô nhiễm
môi trường liên quan đến bùn đỏ và sản xuất bauxit.
Thời gian gần đây, bùn đỏ được nghiên cứu nhiều hơn về hướng tận dụng để
phục vụ cho công nghiệp xúc tác hoặc sử dụng làm vật liệu xử lý ô nhiễm. Tuy
1


nhiên có khá ít nghiên cứu giải quyết những vấn đề liên quan đến hóa học và đặc
điểm điện động học bề mặt của bùn đỏ. Đặc điểm điện động học được quyết định
bởi hóa học bề mặt, là yếu tố cơ bản quyết định khả năng hấp phụ của bùn đỏ, và
đặc biệt quyết định đến đặc tính keo của bùn đỏ (Gräfe và nnk, 2011). Nghiên cứu
về ảnh hưởng của các ion hay polyion hữu cơ đến mối quan hệ giữa đặc điểm điện
động học và đặc tính keo của bùn đỏ còn hạn chế. PolyDADMAC (PD) là một trong
những loại polycation hữu cơ tổng hợp không độc hại, phổ biến và có giá thành rẻ
và được ứng dụng rộng rãi trong kỹ thuật xác định điện tích bề mặt, xử lý các chất ô
nhiễm và các chất có tính phân tán mạnh, trong đó polycation hữu cơ này được sử
dụng như ion bù (+) để chuẩn độ cho các dung dịch với các phần tử mang điện (-)
(Böckenhoff và Fischer, 2001). Mặt khác, hợp chất này cũng đã được sử dụng để xử
lý nước thải nhờ phản ứng tạo phức và trợ lắng của nó với các anion trong dung
dịch (Wilson và nnk, 2002). Trong môi trường kiềm của bùn thải các oxit Fe, Al và
Si đều mang điện tích âm, do đó có thể giả thiết về sự hình thành các liên kết tĩnh
điện của các oxit với PD. Những liên kết này sẽ làm giảm điện tích âm bề mặt, giảm
lớp vỏ hydrat hóa, giúp cho các hạt có thể tiếp cận nhau nhờ lực Van der Waals và
thúc đẩy quá trình phản ứng tụ keo của bùn đỏ.
Như vậy, với những lý do kể trên, đề tài “Nghiên cứu sử dụng
polyDADMAC để hạn chế phản ứng tán keo của thành phần sét trong bùn đỏ” đã
được thực hiện với các mục tiêu cụ thể như sau:
1. Đánh giá được mối quan hệ giữa độ kiềm với đặc điểm điện tích bề mặt và
khả năng phân tán của cấp hạt sét trong bùn đỏ.
2. Xác định được khả năng hấp phụ và ảnh hưởng của polyDADMAC (một
polycation hữu cơ) đối với điện tích trên bề mặt và phản ứng keo tụ của cấp hạt sét
trong bùn đỏ.
3. Đề xuất được cơ chế biến đổi đặc tính bề mặt cấp hạt sét trong bùn đỏ dựa trên
việc sử dụng polyDADMAC để xử lý.

2


Chương 1. TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. Giới thiệu về bùn đỏ
1.1.1. Nguồn gốc phát sinh bùn đỏ
Bùn đỏ là chất thải nguy hại sinh ra trong quy trình công nghệ Bayer
sản xuất alumin (Al 2O3) từ quặng bauxit, hàm lượng kiềm dư cao, chứa chủ
yếu các oxit sắt và hydroxit sắt và nhiều kim loại nặng độc hại. Khối lượng
bùn đỏ phát sinh tại các nhà máy alumin tùy thuộc vào chất lượng quặng
bauxit nguyên, có thể lớn hơn khối lượng sản phẩm alumin từ 1,0 - 1,5 lần.
Các nhà máy sản xuất alumin thường thải bùn đỏ dưới dạng lỏng vào các
hồ chứa tạo ra nguy cơ ô nhiễm môi trường lớn đối với các vùng đất thấp.
Đặc trưng của bùn đỏ là có kích thước nhỏ hơn 1 mm. Do đó, bùn thải khi
khô dễ phát tán bụi vào không khí gây ô nhiễm, tiếp xúc thường xuyên với
bụi này gây ra các bệnh về da và mắt, nước thải từ bùn tiếp xúc với da gây
tác hại như ăn da, gây mất độ nhờn làm da khô ráp, sần sùi, chai cứng, nứt
nẻ, đau rát, có thể sưng tấy, loét mủ ở vết rách xước trên da,… Đặc biệt,
khả năng 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
làm ô nhiễm, ăn mòn các loại vật liệu.
Bùn đỏ bao gồm các chất không thể hòa tan, trơ và khá bền vững
trong điều kiện phong hóa và đặc biệt có chứa hàm lượng xút dư thừa cao
có pH từ 12 - 13,5, một hóa chất độc hại đối với sức khỏe con người và môi
trường sinh thái. Bùn đỏ có tỷ trọng 2,6 - 3,5 tấn/m 3, tỷ lệ lắng Cm/Ks
khoảng 0,014 - 35,9; khoảng 80% bùn đỏ có hạt mịn < 10 µm, do vậy tốc
độ lắng của các phần tử mịn diễn ra rất chậm. Sự phân bố cấp hạt đặc trưng
của bùn đỏ (hạt mịn và hạt thô – cát) được thể hiện trên Hình 1.

3


Hình 1: Phân bố cấp hạt mịn và thô đặc trưng của bùn đỏ
Theo kết quả thăm dò địa chất, Việt Nam có trữ lượng khoáng sản
bauxit lớn phân bố rộng từ Bắc đến Nam với trữ lượng khoảng 5,50 tỷ tấn
quặng nguyên khai; tương đương với 2,40 tỷ tấn quặng tinh; tập trung chủ
yếu ở Tây Nguyên. Do đó ngành công nghiệp sản xuất nhôm từ quặng
bauxit đang được định hướng phát triển mạnh mẽ, đi kèm với nó là một
lượng lớn bùn đỏ được thải ra. Quy hoạch phát triển bauxit ở Tây Nguyên
với công suất 650.000 tấn alumin/năm như nhà máy Tân Rai, lượng bùn đỏ
thải ra khoảng 1,20 triệu tấn/năm. Vì vậy, nếu thải trực tiếp ra môi trường
sẽ gây ra các hậu quả sau đây: Phải sử dụng diện tích đất lớn để lưu trữ;
Làm mất khả năng sử dụng đất trong thời gian dài; Khối lượng bùn thải lớn,
trong mùa mưa có nguy cơ gây ra rửa trôi, lũ bùn làm ô nhiễm môi trường
nước mặt trên diện rộng; Lượng xút dư thừa trong bùn đỏ thấm vào đất gây
ô nhiễm và làm mất khả năng canh tác của đất, đồng thời ngấm xuống đất
gây ô nhiễm nguồn nước ngầm; Kích thước hạt bùn đỏ rất nhỏ có khả năng
phát tán vào không khí do gió, ảnh hưởng xấu tới sức khỏe con người và
môi trường sinh thái.

4


1.1.2. Thành phần hóa học và khoáng vật học của bùn đỏ
Bùn đỏ thải ra từ công nghệ Bayer có thành phần khá phức tạp và
biến động tùy theo vật liệu bauxit đưa vào quy trình. Thành phần chính của
bùn đỏ gồm có Fe2O3 (26 - 32%), CaO (3 - 22%), Al 2O3 (10 - 19%), SiO2
(8,5 - 32%), TiO2 (3 - 7%) và một lượng nhỏ các nguyên tố độc hại khác ví
dụ như Cr, As, Hg, Pb, Cd… (Wang và Liu, 2012; Tóth và nnk, 2014; Luu
và nnk, 2014). Ngoài ra, bùn đỏ cũng có thể chứa một số các nguyên tố
phóng xạ như 40K,

226

Ra và

232

Th (Wang và Liu, 2012; Tóth và nnk, 2014)

có nguồn gốc phong hóa và được làm giàu lên do quy trình xử lý bauxit.
Tuy nhiên, bùn đỏ ở Việt Nam chưa phát hiện nguy cơ tích lũy các chất
phóng xạ trong bùn đỏ (Luu và nnk, 2014).

Hình 2: Thành phần hóa học của bùn đỏ (Klauber và nnk, 2009)
Trong bùn đỏ, thành phần oxit sắt chiếm hơn 41% nên làm cho bùn
có màu đỏ và có lượng sút dư thừa (NaOH). Bùn đỏ trước khi thải ra ngoài
được rửa ngược dòng 4 - 6 bước nhằm thu tối đa kiềm và alumin bám theo
bùn đỏ (giá kiềm đắt và là một trong những tiêu hao chính để sản xuất
alumin) và hạn chế tác động đến môi trường. Theo công nghệ Bayer, bùn
đỏ được thải ra theo hai phương thức là thải khô và thải ướt. Trong trường
hợp thải ướt, huyền phù được bơm thẳng ra bãi thải với hàm lượng chất rắn
5


thấp hơn, đỡ tốn kém, thích hợp với các vùng có thung lũng dễ tạo thành hồ
chứa, thường áp dụng cho những vùng có lượng mưa lớn hơn so với lượng
bốc hơi. Ví dụ ở Tây Nguyên có lượng mưa gấp 4 lần lượng bốc hơi, lượng
mưa 2400 mm và lượng bốc hơi 650 mm. Đối với bùn thải khô, bùn được
bơm ra từ thiết bị rửa qua máy lọc để nâng nồng độ chất rắn lên 65% và vận
chuyển tới bãi thải. Phương pháp này tiết kiệm diện tích nhưng tốn kém và
phức tạp, thích hợp với những vùng có lượng bốc hơi lớn hơn so với lượng
mưa.
Xét theo thành phần hoá học của bùn đỏ thì trong chất rắn của bùn
đỏ không có chất gây hại đặc biệt đến môi trường, không có chất phóng xạ,
chất rắn của huyền phù bùn đỏ không thuộc vào loại rác thải nguy hiểm.
Chất gây ô nhiễm trong huyền phù bùn đỏ chủ yếu là chất lỏng kèm theo
bùn đỏ. Dung dịch kiềm kèm theo có tính ăn mòn mạnh, và giá trị pH cao
hơn 12,5. Bởi vì chất rắn và chất lỏng trong huyền phù bùn đỏ không thể
tách rời hoàn toàn, vì vậy phải xử lý “huyền phù bùn đỏ” theo tiêu chuẩn
xử lý chất thải nguy hiểm.
Thành phần khoáng của bùn đỏ phụ thuộc vào thành phần hóa học
của quặng bauxit nguyên khai và công nghệ chế biến cụ thể của từng nhà
máy. Phân tích nhiễu xạ cho thấy thành phần khoáng vật của bùn đỏ cũng
khá đa dạng. Các khoáng vật như hematite (Fe 2O3), gibbsite (Al(OH)3),
quartz (SiO2), perovskite (CaTiO3), cancite (CaCO3) và natri aluminat
(Na5AlO4) là những thành phần khoáng chính của bùn đỏ (Wang và Liu,
2012). Các khoáng vật kể trên tồn tại độc lập hoặc liên kết với nhau và có
kích thước cấp hạt từ 0,8 đến 50 m. Cấp hạt mịn có kích thước sét (< 2
m) có thể chiếm ~30% làm tăng khả năng phân tán của bùn đỏ. Mặt khác,
sự biến động kích thước cũng là nguyên nhân làm cho việc tận dụng bùn đỏ
làm vật liệu xây dựng trở nên khó khăn hơn. Phân tích nhiệt sai cho thấy sự
hụt khối khi nung nóng bùn đỏ (lên đến 1000 oC) chỉ nhỏ hơn 20%, và
lượng hụt khối này liên quan đến sự bay hơi các phân tử nước liên kết và
phân hủy CaCO3. Bùn đỏ có phản ứng kiềm với pH có thể biến động từ 9 6


13, dung tích trao đổi cation khá cao so với các khoáng vật trong tự nhiên,
CEC dao động từ 43 đến 75 cmol c kg-1 (Tóth và nnk, 2014)

7


Bảng 1: Thành phần khoáng vật của bùn đỏ (Mostafa và nnk, 2019)
Tên khoáng
Sodalite (Na8Al6Si6O24Cl2)

Phần trăm khối lượng (%)
4-40

Goethite (FeOOH)

10-30

Hematite (Fe2O3)

10-30

Magnetite (Fe3O4)

0-8

Boehmite (Al(OH)O2)

0-20

Calcite (CaCO3)

2-20

Kaolinite (Al2Si2O5(HO)4)

0-5

Gibbsite (Al(OH)3)

0-5

Diaspore (AlOOH)

0-5

Perovskite (CaTiO3)

0-12

Cancrinite (Na6Ca2[(CO3)2Al6Si6O24].2H2O)

0-50

Calcium aluminate (3CaO.Al 2O3.6H2O)

2-20

Anatase và rutile (TiO2)

2-15

Muscovite (2KF.3Al2O3.6SiO2.H2O)

0-15

Quặng bauxit có hàm lượng nhôm, sắt là thành phần lớn nhất của
bùn đỏ. Ngoài ra, hàm lượng Ti và Si của bùn đỏ cũng tăng gấp đôi so với
bauxit, khoáng kaolinite biến đổi thành sodalite và cancrinite, khoáng
ferihydrite và goethite cũng có thể chuyển hoàn toàn hay một phần thành
hematite. Bên cạnh đó, trong bùn đỏ còn xuất hiện thêm hai thành phần hóa
học đáng kể là Ca và Na. Hai nguyên tố này có thể bị tách loại một phần
bằng quá trình rửa ngược để thu hồi xút và giảm độ kiềm của bùn đỏ.

8


1.2.

Đặc tính keo của bùn đỏ
Lưới điện tích âm của hạt sét hình thành lớp điện tích kép xung quanh. Lớp

điện kép này có vai trò quyết định đến sự phân tán hay keo tụ của cấp hạt sét.
Trong môi trường nước, các hạt sét tiếp cận với các hạt khác trong dung dịch nhờ
chuyển động Brownian, lớp khuếch tán của chúng sẽ bị chồng xếp lên nhau và làm
tăng năng lượng Gibbs của hệ. Điều này tạo ra lực đẩy giữa các hạt sét và thúc đẩy
sự phân tán của các hạt sét. Sự phân tán của các hạt sét sẽ bị tác động một khi lớp
điện kép thay đổi. Sự thay đổi lớp điện kép có thể do pH, các anion hoặc cation
hòa tan. Bùn đỏ là một hỗn hợp các hạt rắn dị thể có kích thước nhỏ. Điện tích bề
mặt hạt có ảnh hưởng rất lớn tới các tính chất bên trong hạt cũng như giữa các hạt
với nhau khi có mặt của nước và các muối hòa tan. Các ảnh hưởng này không chỉ
liên quan đến các tính chất vật lý vĩ mô như độ lưu biến, co cụm hay keo tụ mà
còn liên quan đến các tính chất hóa học đặc trưng của hạt như hydrat hóa bề mặt,
trao đổi ion, oxi hóa khử. Sự thay đổi điện tích các hạt khoáng theo pH của dung
dịch sẽ điều khiển quá trình trao đổi ion, hấp phụ/giải hấp các ion trên bề mặt tiếp
xúc khoáng – nước. Đặc tính của điện tích bề mặt phụ thuộc vào bản chất của các
hạt khoáng. Điện tích bề mặt hạt khoáng được sinh ra do sự mất cân bằng điện tích
cục bộ (bề mặt có quá ít hoặc quá nhiều H +); hoặc do mất cân bằng điện tích cấu
trúc (sự thay thế các kim loại trong ô mạng tinh thể bằng các kim loại khác như
Al3+ thay thế Si4+ trong khoáng sodalit). Bùn đỏ có thành phần cấp hạt mịn chiếm
tỷ lệ lớn chứng tỏ hàm lượng cation lớn, một phần do chúng có mặt trong cấu trúc
tinh thể của sét, mặt khác cation được các hạt sét hấp phụ lên bề mặt mang điện
tích âm. Thành phần sét được biết đến như là một trong những thành phần linh
động; khi tồn tại trong nước sẽ hình thành một hệ keo, có thể là hệ tán keo (phân
tán) hay hệ tụ keo (keo tụ). Trong khi hệ tán keo, các hạt sét tồn tại ở trạng thái
phân tán và di chuyển nhờ lực Brownian tạo ra bởi sự đẩy nhau giữa các hạt sét
tích điện cùng dấu, tạo ra trạng thái bền vững nhiệt động cho dung dịch thì hệ tụ
keo không bền vững về mặt nhiệt

9


động và có xu hướng tạo ra các đoàn lạp liên kết lớn hơn thông qua quá trình tái
liên kết các hạt để giảm sức căng bề mặt. Quá trình này được gọi là sự “già hóa”.
Tại một thời điểm xác định của quá trình già hóa, các hạt sét tương tác với nhau
hay tương tác với các chất hòa tan sao cho năng lượng bề mặt gibbsit được giảm
thiểu nhờ sự liên kết giữa các hạt sét để hình thành các đoàn lạp có kích thước lớn
hơn. Những liên kết này dẫn đến sự keo tụ hay đoàn lạp hóa. Tuy nhiên, trong các
hệ này tồn tại một giới hạn năng lượng giữa các hạt sét mà có thể gây cản trở đối
với quá trình tụ keo. Do đó, các hệ này có thể duy trì sự “ổn định ảo” trong
khoảng thời gian nhất định và trạng thái này được gọi là “bền vững keo”. Các
cation có khả năng tác động đến sự phân tán của sét thông qua cơ chế trung hòa
điện tích bề mặt và làm giảm lớp điện kép của các hạt sét. Sự có mặt của các
cation hóa trị cao hơn trong dung dịch thường làm cho sét bị keo tụ nhanh hơn.
Nguyễn Ngọc Minh và nnk (2009) đã chứng minh rằng các cation tác động đến
tốc độ keo lắng của mẫu khoáng sét (chứa chủ yếu illite) theo thứ tự cation hóa trị
III > hóa trị II > hóa trị I.
Các anion được nhìn nhận là một trong những nguyên nhân thúc đẩy
sự tán keo. Sự có mặt của các anion này làm biến đổi một phần lớp điện
kép thông qua hai cơ chế: làm tăng điện tích bề mặt, hoặc cạnh tranh hấp
phụ vào các vị trí mang điện dương trên “bề mặt rìa”. Các anion hữu cơ
(humat) là keo âm, do đó khi bị hấp phụ bởi khoáng sét sẽ làm điện tích âm
tổng thể của khoáng sét tăng thêm. Kết quả là các anion hữu cơ có mặt càng
nhiều thì sự tán keo càng được thúc đẩy. Ảnh hưởng của các anion hữu cơ
đến sự phân tán khoáng sét cũng được đề cập trong nhiều nghiên cứu
(Penner và Lagaly, 2001; Frenkel và nnk,1992). Trong môi trường có phản
ứng axit, các anion vô cơ thường bị hấp phụ trên “bề mặt rìa”, nơi có các vị
trí mang điện tích dương được gọi là liên kết “anion – bề mặt rìa”. Vì vậy,
trạng thái tán keo được thúc đẩy. Các anion hóa trị càng cao thì khả năng
cạnh tranh hấp phụ vào bề mặt rìa càng lớn, và càng thúc đẩy quá trình tán

10


keo. Khả năng thúc đẩy trạng thái tán keo tuân theo thứ tự sau: PO 43- >
SO42- > Cl-.
Các loại sét khác nhau có thể khác nhau về cấu trúc lớp, kích thước
cấp hạt, khả năng hydrat hóa… Sự khác biệt này làm cho đặc tính keo (tán
keo và tụ keo) của chúng cũng khác nhau. Một số vị trí trên bề mặt (chủ
yếu là bề mặt rìa) mang điện tích biến thiên theo pH nên ở các pH khác
nhau phản ứng tụ keo hay tán keo của những thành phần sét này cũng rất
khác biệt. Điểm đẳng điện thường được tìm thấy trong khoảng pH từ 2 - 8
đối với các oxit Fe và khoáng silicat (Kosmulski, 2011). Điều này có ý
nghĩa cả oxit Fe và khoáng silicat đều được tích điện âm trong điều kiện
kiềm, tức là pH > 8. Càng nhiều điện tích bề mặt của oxit Fe và khoáng
silicat (gọi là các hạt bùn đỏ), lực đẩy mạnh hơn giữa các hạt có thể đạt
được. Do đó, sự tăng điện tích bề mặt bởi việc bổ sung các chất có tích điện
dương có thể là một cách tiếp cận để giảm sự phân tán của các hạt bùn đỏ.
Các polymer hữu cơ như ammonium hoặc pyridinium có thể đóng vai trò
tích cực trong điều kiện kiềm (Lagaly, 2006), do đó là vật liệu tiềm năng để
bù đắp và cố định chất thải bùn đỏ. Liên kết tĩnh điện trái dấu giữa bề mặt
nền (-) và bề mặt rìa (+) của các tinh thể liền kề có thể hình thành và tạo
nên một cấu trúc được gọi là card-house (van Olphen, 1977). Cấu trúc này
làm cho liên kết giữa các tinh thể khoáng chặt chẽ hơn. Sự hiện diện của
các oxit sắt trong bùn đỏ có mức độ phong hóa mạnh chứa chủ yếu các
khoáng vật 1:1 có thể là một yếu tố quan trọng thúc đẩy sự keo tụ của
khoáng sét do việc tạo thêm nhiều vị trí mang điện tích dương và các cầu
nối giữa thành phần sét và oxit sắt (Goldberg và nnk, 1987).
1.3.

Các tác động môi trường tiềm ẩn của bùn đỏ
Bùn đỏ được đặc trưng bởi nồng độ tương đối cao của natri aluminate, natri

cacbonate và một loạt các anion khác. Vì vậy, nếu không được xử lý chúng sẽ trở
thành nguồn gây hại cho môi trường. Theo các nhà khoa học Viện Khoa học Thủy
lợi miền Nam, các dự án khai thác đều cần đến những diện tích đất rất lớn làm bãi
thải bùn. Có những trường hợp diện tích đất làm bãi thải lớn gấp 10 lần diện tích

11


để xây dựng nhà máy. Ví dụ như bãi thải bùn đỏ của nhà máy luyện alumin Gove
thuộc công ty Nabalco (Australia) chiếm tới 500 ha, bãi thải bùn đỏ của nhà máy
Alumin Queensland rộng 1000 ha (Hoàng Thế Phi, 2012). Trong giai đoạn 2007 –
2015, mỗi năm các dự án ở Tây Nguyên sản xuất 6,60 triệu tấn alumin và lượng
bùn đỏ thải ra gấp 3 lần sản lượng chế biến là 20 triệu tấn. Các hồ chứa quá mong
manh trước biến cố thiên tai như lụt, lũ quét… là nguyên nhân dẫn đến thảm họa
môi trường trong tương lai, đặc biệt là nguy cơ nước chảy tràn hồ chứa bùn đỏ.
Nguy cơ nước chảy tràn từ hồ chứa bùn đỏ: Lưu trữ bùn đỏ chỉ được đảm
bảo khi hệ thống rửa và lọc nước cũng như cân bằng nước nói chung được quản lý
và kiểm soát chặt chẽ. Lượng mưa trung bình năm ở Tây Nguyên thường trên
2400 mm, có những nơi lên đến 3000 mm. Như vậy, trong điều kiện Tây Nguyên
cân bằng nước bị ảnh hưởng rất lớn bởi điều kiện thời tiết, đặc biệt là khi có mưa
lũ lớn bất thường. Khi đó, việc vận hành thoát nước không kịp thời sẽ có nguy cơ
dẫn đến nước chảy tràn ra khỏi hồ chứa và phát tán ra môi trường. Các hồ chứa
bùn đỏ ở Tân Rai tuy đã được chọn ở những thung lũng có diện tích hứng nước
nhỏ, nhưng khi có mưa lũ lớn thì lượng nước trên bề mặt cũng có khả năng đủ lớn,
hoặc lũ từ các thung lũng khác tràn sang sẽ có nguy cơ cao về chảy tràn bờ nếu
không quản lý và vận hành phù hợp. Trên thế giới, vấn đề nước chảy tràn bờ chứa
bùn đỏ đã từng xảy ra ngay cả với các tập đoàn khai khoáng lớn và diễn ra tại các
nước phát triển có kinh nghiệm về khai thác chế biến bauxit và bảo vệ môi trường.
Ví dụ như vụ chảy tràn bờ hồ chứa kéo dài hơn bốn giờ với khoảng 1,80 triệu lít
bùn đỏ xảy ra vào tháng 4/2007 và tháng 4/2008 từ hồ chứa ở Saguenay – Canada
của các nhà máy alumin thuộc Tập đoàn Rio Tinto Alcan đã làm cho sông
Saguenay nhuộm màu đỏ dài hàng chục kilomet. Các điều tra cho thấy nguyên
nhân xảy ra sự cố để bùn đỏ chảy tràn hồ chứa là do phương thức vận hành không
phù hợp, thiếu thông tin và không được kiểm soát chặt chẽ (Couillard, 1982). Vào
tháng 1/2018, chưa đầy một thập kỷ sau thảm họa ở Hungary, một thảm họa bùn
đỏ khét tiếng khác đã xảy ra ở Belem, thủ đô của Para ở Brazil. Mưa lớn đã khiến
các bể bùn đỏ thuộc công ty sản xuất bauxit của Na Uy tràn qua, làm ô nhiễm đất

12


và đe dọa chất lượng nước uống bởi mức độ ô nhiễm chì, nhôm và natri cao
(Alves, 2018).

Hình 3: Thảm họa môi trường do vỡ hồ chứa bùn đỏ ở Hungary năm 2010
Nguy cơ vỡ đập gây ra sự cố môi trường nghiêm trọng: Việc xây dựng đập
ngăn hồ chứa dù kiên cố đến đâu cũng tiềm ẩn nguy cơ vỡ đập khi xảy ra thiên tai
như mưa lũ lớn, hoặc có động đất. Trong những trường hợp đó, kiềm và các chất
độc hại khác sẽ tràn ra ngoài, ảnh hưởng lớn đến môi trường xung quanh. Mặc dù
chưa có ghi nhận về khả năng xảy ra nguy cơ về động đất, nhưng Tây Nguyên lại
là vùng có mưa lũ lớn và đã từng xảy ra nhiều trận lũ quét. Ngày 11/5/2008 ở Tuy
Đức xảy ra lũ quét, vùng có mỏ bauxit của tỉnh Đắk Nông. Như vậy, khả năng vỡ
đập ở hồ chứa bùn đỏ của các dự án alumin ở Tây Nguyên hoàn toàn có thể trở
thành hiện thực. Nếu sự cố đó xảy ra sẽ là một thảm họa về môi trường không chỉ
đối với Tây Nguyên mà lan tỏa các chất độc hại xuống vùng hạ lưu thuộc các tỉnh
Duyên hải miền Trung, Đông Nam Bộ và các tỉnh Đông Bắc Campuchia. Một ví
dụ điển hình ở Hungary, một nước ở vùng Đông Âu đã có hàng chục năm kinh
nghiệm trong khai thác bauxit và sản xuất alumin, sự cố vỡ hồ bùn đỏ của nhà
máy Ajikia Timfoldgyar ở miền tây Hungary, khiến nhiều làng mạc, thị trấn của
nước này chìm ngập trong bùn đỏ, con sông ở địa phương đã biến thành sông chết,
còn dòng Danube xanh đứng trước nguy cơ đổi màu.

13


Nguy cơ thẩm thấu chất độc hại xuống mạch nước ngầm: Theo thiết kế xây
dựng hồ chứa bùn đỏ hiện nay, lòng hồ sau khi được nạo vét, kết cấu xây dựng nền
gồm có lớp vật liệu chống thấm giữa hai lớp đất sét. Về nguyên tắc kết cấu nền
như vậy có thể đảm bảo ngăn chặn các chất độc hại từ bùn đỏ thẩm thấu xuống
mạch nước ngầm. Tuy nhiên, trong quá trình xây dựng, nếu không đảm bảo chất
lượng hay có sự cố làm nứt nẻ đáy nền, các chất độc hại có thể thấm xuống mạch
nước ngầm gây ô nhiễm nguồn nước. Mặt khác, một số điều tra nghiên cứu trên
thế giới gần đây cho thấy, qua nhiều thập kỷ kiềm pha lỏng của bùn đỏ đã phản
ứng với đất sét, sodium – aluminium – hydrosilicat và zeolite trong một cơ chế
phản ứng phức hợp. Phản ứng này tương tự như phản ứng của khoáng sét trong
dung dịch Bayer nhưng chậm hơn rất nhiều. Sự thay đổi này làm tăng tức thì tính
thấm nước của lớp đất sét và dẫn đến nguy cơ gây ô nhiễm hệ thống nước ngầm
sau nhiều thập kỷ. Như vậy, hồ chứa bùn đỏ chỉ có thể đảm bảo chống thấm trong
thời gian đầu, sau vài thập kỷ vẫn có nguy cơ thẩm thấu xuống nước ngầm, mặc
dù đã được thiết kế chống thấm kỹ càng. Nguy cơ này đã xảy ra tại các hồ chứa
bùn đỏ ở Jamaica. Bộ trưởng ngành mỏ và tài nguyên tự nhiên nước này cho biết,
ở các nguồn nước ngầm và các giếng nước gần các hồ chứa bùn đỏ sau 20 năm
xuất hiện nồng độ xút khá cao làm ô nhiễm nước gây nguy hiểm cho đời sống
nhân dân trong vùng (Couillard, 1982).
Nguy cơ phát tán vào môi trường: Chất thải bùn đỏ sau khi thải vào hồ cần
thời gian để làm khô. Khi lớp bùn đỏ trên bề mặt bị khô, do đặc tính rất mịn nên
dễ vỡ thành bụi phát tán mang theo hóa chất độc hại Na 2O vào môi trường khi có
gió. Theo quy trình của dự án Tân Rai, bùn đỏ sau khi khô được san ủi thành từng
lớp và phủ một lớp đất màu vàng để trồng cây phục hồi môi trường. Trong thực tế,
muốn đưa máy vào san ủi được phải cần chờ cho các lớp bùn phía dưới cũng phải
khô mới chịu được tải trọng. Như vậy, trong trường hợp lớp bùn đặc trên bề mặt
bãi thải đã khô, nhưng các lớp dưới vẫn ướt (chưa thể đưa máy vào san ủi) nguy
cơ phát tán bụi do gió vẫn xảy ra. Tây Nguyên có chế độ mưa theo hai mùa là mùa
khô và mùa mưa, trong đó mùa khô hầu như không mưa và có gió khá mạnh
khoảng 2,4 - 5,4 m/s. Tốc độ gió này cộng với khô hạn gay gắt kéo dài trong mùa

14


khô sẽ tạo điều kiện làm vỡ bề mặt mịn của bùn đỏ khi bị khô và phát tán bụi làm
ô nhiễm môi trường xung quanh. Hơn nữa, kích thước hạt của bùn đỏ rất mịn, độ
kiềm cao, hàm lượng chất hữu cơ và các chất dinh dưỡng cực thấp nên cây cối,
thậm chí cỏ dại cũng rất khó sinh sống và phát triển trên những bãi thải bùn đỏ đã
ngừng hoạt động. Muốn phục hồi và cải tạo môi trường đối với các bãi thải bùn đỏ
để có thể trồng được cây đòi hỏi một kinh phí rất lớn.
1.4. Nghiên cứu về xử lý và tận dụng bùn đỏ
Sự tích tụ chất thải công nghiệp nguy hại đã trở thành mối quan tâm
toàn cầu, trong đó đặt ra những vấn đề quan trọng tiềm ẩn về sinh thái. Việc
xử lý bùn đỏ trong không gian mở là một thách thức bắt nguồn từ hai nhược
điểm chính: (1) do tính kiềm và thành phần hóa học cao, bùn đỏ có tác động
tới môi trường không thể phủ nhận; và (2) chi phí xử lý bùn đỏ lớn (khoảng
2 – 5% giá trị nhôm thu được) và nhu cầu cho bãi chôn lấp rộng lớn cho
ngành sản xuất alumin. Bùn đỏ và dung dịch bùn đỏ có độ pH cao do chứa
kiềm dư (NaOH và KOH), dễ gây bỏng da và ăn mòn kim loại; giàu các
kim loại nặng (Fe, Ca, Ga, Th,…) được xem là chất thải công nghiệp nguy
hại. Sự cố ô nhiễm môi trường do vỡ hồ chứa bùn đỏ ở Hungary ngày
04/10/2010 theo Bộ trưởng Hungary là thảm họa hóa chất nghiêm trọng
nhất trong lịch sử nước này, phải mất một năm và hàng chục triệu USD để
dọn sạch lớp bùn đỏ đó. Do vậy, việc nghiên cứu xử lý bùn đỏ, thu hồi các
nguyên tố kim loại có giá trị, cũng như sử dụng bùn đỏ vào mục đích khác
nhau đã được các nhà khoa học trên thế giới đề cập theo 3 xu hướng: thu
hồi kim loại có giá trị, vật liệu xử lý ô nhiễm môi trường và sản xuất vật
liệu xây dựng. Trong thực tế, hàm lượng các nguyên tố kim loại có giá trị
trong bùn đỏ cao, nhưng các quy trình thu hồi kim loại bùn đỏ mới có kết
quả khoa học trong phòng thí nghiệm.

15


Hình 4: Một số phương pháp xử lý và tận dụng bùn đỏ
1.4.1. Trên thế giới
Ngành công nghiệp sản xuất nhôm trên thế giới phát triển rất nhanh
kể từ khi ra đời cho đến nay. Cùng với sự phát triển của công nghệ và nền
kinh tế, quy mô của các nhà máy alumin ngày càng lớn. Năm 1980, các nhà
máy alumin có công suất 1 triệu tấn/năm, được xây dựng ở Australia và ở
Brazil được coi là các nhà máy lớn. Hiện nay đã có nhà máy alumin
Alunorte (ở Barcaena, Brazil) có công suất tới 6 triệu tấn/năm.
Sản xuất alumin (hoặc hydroxyt nhôm) bằng phương pháp Bayer sẽ
thải ra một khối lượng lớn chất thải “bùn đỏ”. Theo tổng kết của Tổ chức
nghiên cứu khoa học và công nghệ của Australia 2009, tổng lượng bùn đỏ
đã thải ra từ khi bắt đầu có ngành sản xuất alumin trên thế giới đến năm
1985 mới khoảng 1 tỷ tấn. Đến năm 2007, tổng lượng bùn đỏ thải ra đã đạt
tới 2,6 tỷ tấn. Như vậy có thể thấy chỉ cần khoảng 90 năm để hình thành 1
tỷ tấn bùn đỏ đầu tiên, nhưng chỉ cần 15 năm để hình thành 1 tỷ tấn bùn đỏ
tiếp theo. Tuy nhiên, chi phí lâu dài của lựa chọn lưu giữ bùn đỏ vô thời
hạn trong các hồ/đập chứa nói trên rất tốn kém. Do đó, trên thế giới hiện

16


chưa có phương án xử lý bùn đỏ nào được cho là tối ưu. Vì vậy, bùn đỏ
trong các hồ chứa trở thành “bom nổ chậm” có thể gây hậu quả nghiêm
trọng bất kỳ lúc nào nếu vỡ đập hoặc sự cố rò rỉ xảy ra. Đã có một số
phương án nhằm biến đổi tính chất của bùn đỏ trong các hồ chứa để triệt
tiêu những tác động tiêu cực của bùn đỏ, và giảm thiểu tác hại của loại chất
thải này khi bị phát tán ra môi trường tự nhiên. Tuy nhiên, các phương án
xử lý này, ví dụ như rửa kiềm bằng các axit vô cơ, thường rất tốn kém và có
thể gây ra ô nhiễm thứ cấp trong quá trình xử lý. Vì vậy, các phương án
thân thiện môi trường để xử lý bùn đỏ hiện vẫn đang nhận được sự quan
tâm đặc biệt của cộng đồng khoa học quốc tế.
Đã có nhiều thành công trong nghiên cứu và phát triển các ứng dụng
nhằm tận dụng bùn đỏ. Ứng dụng đã được thực hiện ở quy mô thử nghiệm
hoặc thương mại. Tuy nhiên, chôn lấp và chứa bùn đỏ trong các hồ đập
cách ly hiện vẫn là biện pháp chủ yếu và phổ biến nhất trên thế giới. Theo
cách này, bùn đỏ có thể được bơm và để khô cùng với quặng đuôi và được
cách ly với xung quanh bằng các đập được gia cố và phủ lót đất sét và vải
địa kỹ thuật (Hind và nnk, 1999). Hiện các đập chứa đã được cải thiện đáng
kể về tính an toàn nhờ những tiến bộ trong công nghệ xây dựng, tuy vậy
vẫn tiềm ẩn rất nhiều nguy cơ đối với môi trường xung quanh và gây khó
khăn cho công tác phục hồi môi trường. Ngoài phương pháp thông thường
chứa bùn đỏ trong các hồ đập cùng quặng đuôi, hiện các biện pháp đông
cứng sử dụng hóa chất (muối amoni có các axit béo) cũng đã được phát
triển (Kane, 1979). Phương án này giúp bùn đỏ thành những bánh cứng có
hàm lượng Al và các chất độc hại thấp hơn tiêu chuẩn cho phép để đổ thải
ra môi trường (Cooling và Glenister, 1992). Xử lý bùn đỏ với axit vô cơ để
trung hòa, giảm độ kiềm và sự tích tụ kim loại nặng cũng đã được đề cập
trong nghiên cứu của Santona và nnk (2006).
Trong những thập kỷ qua, các nhà khoa học đã nghiên cứu, phát triển
các cách phù hợp, tiết kiệm chi phí môi trường để xử lý, sử dụng bùn đỏ
dựa trên các tính chất vật lý và hóa học của nó (Garg và Yadav, 2015; Sutar

17


và nnk, 2014); các đặc tính khoáng vật học (Garg và Yadav, 2015). Theo
cách này, bùn đỏ được coi là một vật liệu quý giá thay vì là một chất gây ô
nhiễm, chúng có nhiều ứng dụng khác nhau bao gồm: sử dụng trong sản
xuất gạch (Dodoo-Arhin và nnk, 2013), gốm thủy tinh (Yang và nnk, 2008),
sử dụng là chất hấp phụ để loại bỏ kim loại nặng ra khỏi dung dịch nước
(Pulford và nnk, 2012), thu hồi kim loại, ví dụ Fe (Zhu và nnk, 2012), trong
việc tạo ra các chất xúc tác (Liu và nnk, 2013). Trong số các ứng dụng khác
nhau này, việc chế tạo vật liệu xây dựng sẽ sử dụng một lượng lớn bùn đỏ
(Joyce và nnk, 2018; Ye và nnk, 2016) và giảm rủi ro về môi trường (Ye và
nnk, 2016).
Bùn đỏ được sử dụng làm phụ gia sản xuất xi măng Portland đã được
nghiên cứu từ năm 1936 (Thakur và Sant, 1983). Các nhà nghiên cứu phát
hiện ra rằng phản ứng hydrat hóa của xi măng Portland được thúc đẩy bằng
cách bổ sung bùn đỏ làm môi trường có tính kiềm cao (Pera và nnk, 1997).
Tsakiridis và nnk (2004) đã đánh giá việc bổ sung 1% bùn đỏ trong hỗn hợp
thô để sản xuất xi măng Portland và nhận thấy rằng bùn đỏ có thể được sử
dụng làm nguyên liệu thô trong sản xuất xi măng. Senff và nnk (2011b) đã
sử dụng bùn đỏ cao tới 50% thay thế xi măng trong vữa và chỉ ra rằng việc
tăng cường hàm lượng bùn đỏ làm giảm cường độ chịu nén và dẻo. Trong
một nghiên cứu khác, Yao và nnk (2013) xem xét kỹ lưỡng khả năng pha
trộn bùn đỏ và các sản phẩm phụ của nhà máy than. Kết quả của họ đã
chứng minh rằng hỗn hợp này đáp ứng các yêu cầu cơ lý của bê tông.
Hàm lượng sắt cao trong bùn đỏ thích hợp trong sản xuất bột màu và
sơn. Sử dụng bùn đỏ để sản xuất màu nâu đỏ (Klauber và nnk, 2011;
Mishra và Gostu, 2017). Kết hợp bùn đỏ với bùn mạ điện ở các tỷ lệ khác
nhau, sau khi nung ở 1200˚C có thể tạo ra màu đen và nâu với cường độ
màu thích hợp (Carneiro và nnk, 2018a).
Ngoài ra, bùn đỏ còn được nghiên cứu tận dụng làm phân bón. Do có
tính kiềm nên bùn đỏ được cho là có khả năng sử dụng để cải tạo đất chua
thay thế cho vôi bột (Brunori và nnk, 2005).
1.4.2. Ở Việt Nam

18


Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×