Nghiên cứu sử dụng khoáng apatit để xử lý các kim loại nặng trong bùn thải quặng đuôi
1. Mở đầu
Khai thác, chế biến khoáng sản nói chung và khai thác chế biến quặng chì - kẽm nói riêng là ngành công nghiệp mang tính động lực thúc đẩy sự phát triển kinh tế - xã hội của quốc gia, của vùng khoáng sản. Tuy nhiên, tác động tiêu cực của nó là nguy cơ và trực tiếp ảnh hưởng tới môi trường của các vùng khoáng sản. Khai thác, chế biến chì - kẽm có nhiều nguy cơ tác động tiêu cực tới môi trường như việc đưa lên mặt đất các khoáng vật sẽ bị nhiệt độ, độ ẩm tác động làm tăng khả năng hòa tan vào nước của các chất độc hại; quá trình làm giàu khoáng chì - kẽm đưa ra môi trường một lượng lớn bùn thải có chứa các hóa chất dùng trong tuyển quặng, v.v.. Việc xử lý để giảm thiểu các chất có nguy cơ gây ô nhiễm môi trường nêu trên là nhiệm vụ bắt buộc trong ngành công nghiệp khai khoáng. Có nhiều phương pháp xử lý các chất gây ô nhiễm, song, việc sử dụng các loại nguyên liệu có sẵn trong tự nhiên là một phương pháp có nhiều ưu điểm.
Năm 2014, trong khuôn khổ chương trình khoa học công nghệ của Bộ Công Thương, Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện kim (VIMLUKI) đã đề xuất và được chấp thuận cho triển khai Đề tài “Nghiên cứu sử dụng khoáng apatit để xử lý các kim loại nặng trong bùn thải quặng đuôi”. Mục tiêu của đề tài là nghiên cứu khả năng ứng dụng khoáng apatit của Việt Nam để xử lý kim loại trong bùn thải quặng đuôi từ quá trình chế biến quặng, cụ thể, Đề tài đã thử nghiệm xử lý quặng đuôi của nhà máy tuyển quặng chì - kẽm.
2. Mẫu nghiên cứu
Mẫu sử dụng trong quá trình nghiên cứu của đề tài gồm: Quặng đuôi chì kẽm và khoáng apatit lấy tại mỏ apatit Lào Cai.
(i) Quặng đuôi chì kẽm:
Mẫu quặng đuôi chì kẽm được lấy tại 2 hồ thải quặng đuôi thuộc Xí nghiệp chì kẽm Làng Hích (Thái Nguyên) và Xí nghiệp chì kẽm Chợ Đồn (Bắc Kạn). Mẫu quặng đuôi được lấy ở độ sâu từ 0-10 cm tại 03 vị trí khác nhau trong hồ thải sau đó trộn lẫn để được 01 mẫu tổng hợp. Khoảng 20 kg mẫu được chứa vào thùng nhựa PVC sạch có nắp đậy và vận chuyển về phòng thí nghiệm của Trung tâm Môi trường Công nghiệp, Viện KH & CN Mỏ - Luyện kim.
Sau khi lấy mẫu và phân tích các thành phần khoáng vật, thành phần hóa của mẫu quặng đuôi Xí nghiệp chì kẽm Làng Hích và Xí nghiệp chì kẽm Chợ Đồn cho thấy quặng đuôi chì kẽm Làng Hích và chì kẽm Chợ Đồn có thành phần khoáng, thành phần hóa tương tựnên Nhóm nghiên cứu đã lựa chọn quặng đuôi chì kẽm Chợ Đồn làm đối tượng nghiên cứu.
(ii) Mẫu vật liệu khoáng Apatit
Vật liệu apatit I; II; III; IV được lấy tại khai trường mỏ Cóc, Tảng sót lấy tại Nhà máy tuyển thuộc Công ty TNHH MTV Apatit Việt Nam, Lào Cai
3. Kết quả nghiên cứu
3.1. Kết quả nghiên cứu lựa chọn vật liệu apatit tự nhiên
Hiệu suất xử lý ion Pb và Zn của các loại vật liệu Apatit sau 8h xử lý đều cao, cụ thể Pb > 97%; Zn > 80%, tuy nhiên xét về giá trị kinh tế quặng Apatit I; Apatit II; Apatit III có giá trị kinh tế cao. Quặng apatit loại I sau khi khai thác được đưa vào sử dụng ngay cho công nghiệp sản xuất phân bón, quặng apatit loại II sau khi khai thác được đưa vào sử dụng cho sản xuất phân lân nung chảy, còn quặng apatit loại III được đưa vào xưởng tuyển nâng hàm lượng để đưa vào sản xuất phân bón. Quặng Apatit IV và Tảng sót hiện nay chưa được sử dụng, giá trị kinh tế không cao do đó Nhóm nghiên cứu lựa chọn Apati IV và Tảng sót để nghiên cứu làm vật liệu xử lý ion Pb, Zn.
3.2. Kết quả nghiên cứu khả năng xử lý quặng đuôi chì kẽm bằng vật liệu apatit tự nhiên
3.2.1.Đối với apatit IV tự nhiên
- Kết quả nghiên cứu theo phương pháp mẻ cho thấy:
(i) Hàm lượng ion Pb giảm từ 50 mg/L xuống dưới ngưỡng phát hiện (không phát hiện được) từ sau 72h thí nghiệm và duy trì ổn định đến hết 96h nghiên cứu ở ngưỡng không phát hiện được, điều đó cho thấy hiệu quả xử lý ion Pb cao, đạt trên 90% ở tất cả các phương án tỷ lệ.
(ii) Kết quả cho thấy ngay sau 24h, hàm lượng ion Zn không phát hiện được, tuy nhiên tăng nhẹ sau 48h. Tại 72h và 96h nghiên cứu, hàm lượng ion Zn ổn định ở khoảng 200 – 400 mg/L. Điều đó cho thấy hàm lượng ion Zn đã giảm trên 60% so với hàm lượng ion Zn ban đầu ở tất cả các phương án tỷ lệ theo mẻ tương đương nhau.
- Kết quả nghiên cứu theo phương pháp cột cho thấy:
(i) Với các tỷ lệ 2%, 10%, 20% và 50% thì đến hết ngày thứ 11 hàm lượng ion Pb đều giảm ở mức không phát hiện được (< 1 mg/L).
(ii) Về cơ bản kết quả nghiên cứu mô phỏng kỹ thuật trộn trực tiếp hay sử dụng apatit làm lớp chống thấm không có sự khác nhau rõ rệt đối với vật liệu Apatit IV tự nhiên, với các phương án tỷ lệ cũng không thấy có sự khác biệt về hiệu quả xử lý;
(iii) Với các phương án tỷ lệ khác nhau (2%; 10%; 20% và 50%) và áp dụng cả kỹ thuật trộn trực tiếp và làm lớp chống thấm thì kết quả sau 9 ngày thí nghiệm hiệu suất xử lý ion Zn >50% và đến 11 ngày nghiên cứu thì hiệu suất xử lý Zn đạt trên 90% ở tất cả các phương án tỷ lệ.
(iv) Kết quả này cũng phù hợp với các phương án nghiên cứu xử lý ion Pb và Zn trong quặng đuôi bằng Apatit IV theo phương pháp mẻ.
3.2.2. Đối với tảng sót tự nhiên
- Kết quả nghiên cứu theo phương pháp mẻ cho thấy:
(i) Chỉ sau 24h thí nghiệm, hàm lượng ion Pb đã giảm xuống mức không phát hiện được và duy trì kết quả này cho đến 96h nghiên cứu. Kết quả này cho thấy hiệu suất xử lý ion Pb bằng Tảng sót cũng cao tương tự như với xử lý bằng Apatit IV tự nhiên, hiệu suất xử lý ion Pb đều đạt trên 90% sau 96h nghiên cứu.
(ii) Hàm lượng ion Zn giảm từ 1130 µg/L xuống mức 100 – 500 µg/L chỉ sau 24h thí nghiệm (hiệu suất đạt trên 50%). Tuy nhiên sau 48h, hàm lượng ion Zn đã giảm xuống mức không phát hiện được và duy trì cho đến hết 96h nghiên cứu. Như vây có thể thấy rằng hiệu suất xử lý đã đạt trên 90% ở toàn bộ các phương án tỷ lệ.
- Kết quả nghiên cứu theo phương pháp cột cho thấy:
(i) Sau 9 ngày nghiên cứu ở các phương án tỷ lệ khác nhau và kỹ thuật xử lý mô phỏng khác nhau đều cho kết quả; hàm lượng ion Pb đều dưới ngưỡng phát hiện hoặc xấp xỉ ngưỡng phát hiện. Sau 11 ngày nghiên cứu thì hàm lượng ion Pb ở mức không phát hiện đối với các phương án nghiên cứu và kỹ thuật xử lý, điều đó cho thất hiện quả xử lý ion Pb cao (> 90%) sau 11 ngày nghiên cứu khi sử dụng Tảng sót tự nhiên.
(ii) Sau 9 ngày nghiên cứu, hàm lượng ion Zn đã giảm nhưng còn dao động chưa ổn định. Tuy nhiên sau 11 ngày thì hàm lượng ion Zn đều ở mức không phát hiện ở toàn bộ các phương án tỷ lệ và kỹ thuật xử lý (trộn trực tiếp hay làm lớp chống thấm). Kết quả này tương tự đối với Apatit IV tự nhiên cho thấy kết quả xử lý ion Zn cao (> 90%) chỉ sau 11 ngày nghiên cứu. Kỹ thuật trộn trực tiếp và làm lớp chống thấm không ảnh hưởng tới kết quả xử lý.
4. Kết luận
Kết quả nghiên cứu trong phòng thí nghiệm về khả năng khả năng sử dụng vật liệu khoáng apatit Lào Cai để xử lý các ion kim loại linh động có trong bùn thải đuôi quặng chì kẽm đã thu được một số kết quả như sau:
1. Đã lựa chọn được 2 trong số 5 loại vật liệu apatit có sẵn trong nước để làm vật liệu xử lý ion Pb và Zn trong quặng đuôi chì kẽm đó là Apatit IV và Tảng sót;
2. Đã khảo sát được khả năng được khả năng xử lý các ion Pb và Zn trong quặng chì kẽm bằng vật liệu Apatit IV và Tảng sót. Quá trình nghiên cứu tiến hành theo phương pháp mẻ trong 4 ngày và theo phương pháp cột trong 11 ngày;
3. Hiệu quả xử lý ion Pb và Zn: Ở cả phương pháp nghiên cứu (mẻ và cột) đều cho hiệu quả xử lý các ion Pb và Zn có trong quặng đuôi chì kẽm cao, hiệu suất xử lý ion Pb; Zn đều trên 90%. Đối với phương pháp mẻ thì thời gian xử lý nhanh hơn (4 ngày) còn đối với phương pháp cột là khoảng 11 ngày trên cả vật liệu apattit tự nhiên và biến tính. Tuy nhiên quá trình xử lý ion Pb diễn ra nhanh hơn ion Zn;
4. Tỷ lệ xử lý: Với tỷ lệ 2 - 10% vật liệu apatit/quặng đuôi (tính theo trọng lượng khô) là đủ khả năng xử lý hàm lượng các ion Pb và Zn linh động có trong quặng đuôi chì kẽm với hiệu suất đạt > 90%;
Khai thác, chế biến khoáng sản nói chung và khai thác chế biến quặng chì - kẽm nói riêng là ngành công nghiệp mang tính động lực thúc đẩy sự phát triển kinh tế - xã hội của quốc gia, của vùng khoáng sản. Tuy nhiên, tác động tiêu cực của nó là nguy cơ và trực tiếp ảnh hưởng tới môi trường của các vùng khoáng sản. Khai thác, chế biến chì - kẽm có nhiều nguy cơ tác động tiêu cực tới môi trường như việc đưa lên mặt đất các khoáng vật sẽ bị nhiệt độ, độ ẩm tác động làm tăng khả năng hòa tan vào nước của các chất độc hại; quá trình làm giàu khoáng chì - kẽm đưa ra môi trường một lượng lớn bùn thải có chứa các hóa chất dùng trong tuyển quặng, v.v.. Việc xử lý để giảm thiểu các chất có nguy cơ gây ô nhiễm môi trường nêu trên là nhiệm vụ bắt buộc trong ngành công nghiệp khai khoáng. Có nhiều phương pháp xử lý các chất gây ô nhiễm, song, việc sử dụng các loại nguyên liệu có sẵn trong tự nhiên là một phương pháp có nhiều ưu điểm.
Năm 2014, trong khuôn khổ chương trình khoa học công nghệ của Bộ Công Thương, Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện kim (VIMLUKI) đã đề xuất và được chấp thuận cho triển khai Đề tài “Nghiên cứu sử dụng khoáng apatit để xử lý các kim loại nặng trong bùn thải quặng đuôi”. Mục tiêu của đề tài là nghiên cứu khả năng ứng dụng khoáng apatit của Việt Nam để xử lý kim loại trong bùn thải quặng đuôi từ quá trình chế biến quặng, cụ thể, Đề tài đã thử nghiệm xử lý quặng đuôi của nhà máy tuyển quặng chì - kẽm.
2. Mẫu nghiên cứu
Mẫu sử dụng trong quá trình nghiên cứu của đề tài gồm: Quặng đuôi chì kẽm và khoáng apatit lấy tại mỏ apatit Lào Cai.
(i) Quặng đuôi chì kẽm:
Mẫu quặng đuôi chì kẽm được lấy tại 2 hồ thải quặng đuôi thuộc Xí nghiệp chì kẽm Làng Hích (Thái Nguyên) và Xí nghiệp chì kẽm Chợ Đồn (Bắc Kạn). Mẫu quặng đuôi được lấy ở độ sâu từ 0-10 cm tại 03 vị trí khác nhau trong hồ thải sau đó trộn lẫn để được 01 mẫu tổng hợp. Khoảng 20 kg mẫu được chứa vào thùng nhựa PVC sạch có nắp đậy và vận chuyển về phòng thí nghiệm của Trung tâm Môi trường Công nghiệp, Viện KH & CN Mỏ - Luyện kim.
Sau khi lấy mẫu và phân tích các thành phần khoáng vật, thành phần hóa của mẫu quặng đuôi Xí nghiệp chì kẽm Làng Hích và Xí nghiệp chì kẽm Chợ Đồn cho thấy quặng đuôi chì kẽm Làng Hích và chì kẽm Chợ Đồn có thành phần khoáng, thành phần hóa tương tựnên Nhóm nghiên cứu đã lựa chọn quặng đuôi chì kẽm Chợ Đồn làm đối tượng nghiên cứu.
(ii) Mẫu vật liệu khoáng Apatit
Vật liệu apatit I; II; III; IV được lấy tại khai trường mỏ Cóc, Tảng sót lấy tại Nhà máy tuyển thuộc Công ty TNHH MTV Apatit Việt Nam, Lào Cai
3. Kết quả nghiên cứu
3.1. Kết quả nghiên cứu lựa chọn vật liệu apatit tự nhiên
Hiệu suất xử lý ion Pb và Zn của các loại vật liệu Apatit sau 8h xử lý đều cao, cụ thể Pb > 97%; Zn > 80%, tuy nhiên xét về giá trị kinh tế quặng Apatit I; Apatit II; Apatit III có giá trị kinh tế cao. Quặng apatit loại I sau khi khai thác được đưa vào sử dụng ngay cho công nghiệp sản xuất phân bón, quặng apatit loại II sau khi khai thác được đưa vào sử dụng cho sản xuất phân lân nung chảy, còn quặng apatit loại III được đưa vào xưởng tuyển nâng hàm lượng để đưa vào sản xuất phân bón. Quặng Apatit IV và Tảng sót hiện nay chưa được sử dụng, giá trị kinh tế không cao do đó Nhóm nghiên cứu lựa chọn Apati IV và Tảng sót để nghiên cứu làm vật liệu xử lý ion Pb, Zn.
3.2. Kết quả nghiên cứu khả năng xử lý quặng đuôi chì kẽm bằng vật liệu apatit tự nhiên
3.2.1.Đối với apatit IV tự nhiên
- Kết quả nghiên cứu theo phương pháp mẻ cho thấy:
(i) Hàm lượng ion Pb giảm từ 50 mg/L xuống dưới ngưỡng phát hiện (không phát hiện được) từ sau 72h thí nghiệm và duy trì ổn định đến hết 96h nghiên cứu ở ngưỡng không phát hiện được, điều đó cho thấy hiệu quả xử lý ion Pb cao, đạt trên 90% ở tất cả các phương án tỷ lệ.
(ii) Kết quả cho thấy ngay sau 24h, hàm lượng ion Zn không phát hiện được, tuy nhiên tăng nhẹ sau 48h. Tại 72h và 96h nghiên cứu, hàm lượng ion Zn ổn định ở khoảng 200 – 400 mg/L. Điều đó cho thấy hàm lượng ion Zn đã giảm trên 60% so với hàm lượng ion Zn ban đầu ở tất cả các phương án tỷ lệ theo mẻ tương đương nhau.
- Kết quả nghiên cứu theo phương pháp cột cho thấy:
(i) Với các tỷ lệ 2%, 10%, 20% và 50% thì đến hết ngày thứ 11 hàm lượng ion Pb đều giảm ở mức không phát hiện được (< 1 mg/L).
(ii) Về cơ bản kết quả nghiên cứu mô phỏng kỹ thuật trộn trực tiếp hay sử dụng apatit làm lớp chống thấm không có sự khác nhau rõ rệt đối với vật liệu Apatit IV tự nhiên, với các phương án tỷ lệ cũng không thấy có sự khác biệt về hiệu quả xử lý;
(iii) Với các phương án tỷ lệ khác nhau (2%; 10%; 20% và 50%) và áp dụng cả kỹ thuật trộn trực tiếp và làm lớp chống thấm thì kết quả sau 9 ngày thí nghiệm hiệu suất xử lý ion Zn >50% và đến 11 ngày nghiên cứu thì hiệu suất xử lý Zn đạt trên 90% ở tất cả các phương án tỷ lệ.
(iv) Kết quả này cũng phù hợp với các phương án nghiên cứu xử lý ion Pb và Zn trong quặng đuôi bằng Apatit IV theo phương pháp mẻ.
3.2.2. Đối với tảng sót tự nhiên
- Kết quả nghiên cứu theo phương pháp mẻ cho thấy:
(i) Chỉ sau 24h thí nghiệm, hàm lượng ion Pb đã giảm xuống mức không phát hiện được và duy trì kết quả này cho đến 96h nghiên cứu. Kết quả này cho thấy hiệu suất xử lý ion Pb bằng Tảng sót cũng cao tương tự như với xử lý bằng Apatit IV tự nhiên, hiệu suất xử lý ion Pb đều đạt trên 90% sau 96h nghiên cứu.
(ii) Hàm lượng ion Zn giảm từ 1130 µg/L xuống mức 100 – 500 µg/L chỉ sau 24h thí nghiệm (hiệu suất đạt trên 50%). Tuy nhiên sau 48h, hàm lượng ion Zn đã giảm xuống mức không phát hiện được và duy trì cho đến hết 96h nghiên cứu. Như vây có thể thấy rằng hiệu suất xử lý đã đạt trên 90% ở toàn bộ các phương án tỷ lệ.
- Kết quả nghiên cứu theo phương pháp cột cho thấy:
(i) Sau 9 ngày nghiên cứu ở các phương án tỷ lệ khác nhau và kỹ thuật xử lý mô phỏng khác nhau đều cho kết quả; hàm lượng ion Pb đều dưới ngưỡng phát hiện hoặc xấp xỉ ngưỡng phát hiện. Sau 11 ngày nghiên cứu thì hàm lượng ion Pb ở mức không phát hiện đối với các phương án nghiên cứu và kỹ thuật xử lý, điều đó cho thất hiện quả xử lý ion Pb cao (> 90%) sau 11 ngày nghiên cứu khi sử dụng Tảng sót tự nhiên.
(ii) Sau 9 ngày nghiên cứu, hàm lượng ion Zn đã giảm nhưng còn dao động chưa ổn định. Tuy nhiên sau 11 ngày thì hàm lượng ion Zn đều ở mức không phát hiện ở toàn bộ các phương án tỷ lệ và kỹ thuật xử lý (trộn trực tiếp hay làm lớp chống thấm). Kết quả này tương tự đối với Apatit IV tự nhiên cho thấy kết quả xử lý ion Zn cao (> 90%) chỉ sau 11 ngày nghiên cứu. Kỹ thuật trộn trực tiếp và làm lớp chống thấm không ảnh hưởng tới kết quả xử lý.
4. Kết luận
Kết quả nghiên cứu trong phòng thí nghiệm về khả năng khả năng sử dụng vật liệu khoáng apatit Lào Cai để xử lý các ion kim loại linh động có trong bùn thải đuôi quặng chì kẽm đã thu được một số kết quả như sau:
1. Đã lựa chọn được 2 trong số 5 loại vật liệu apatit có sẵn trong nước để làm vật liệu xử lý ion Pb và Zn trong quặng đuôi chì kẽm đó là Apatit IV và Tảng sót;
2. Đã khảo sát được khả năng được khả năng xử lý các ion Pb và Zn trong quặng chì kẽm bằng vật liệu Apatit IV và Tảng sót. Quá trình nghiên cứu tiến hành theo phương pháp mẻ trong 4 ngày và theo phương pháp cột trong 11 ngày;
3. Hiệu quả xử lý ion Pb và Zn: Ở cả phương pháp nghiên cứu (mẻ và cột) đều cho hiệu quả xử lý các ion Pb và Zn có trong quặng đuôi chì kẽm cao, hiệu suất xử lý ion Pb; Zn đều trên 90%. Đối với phương pháp mẻ thì thời gian xử lý nhanh hơn (4 ngày) còn đối với phương pháp cột là khoảng 11 ngày trên cả vật liệu apattit tự nhiên và biến tính. Tuy nhiên quá trình xử lý ion Pb diễn ra nhanh hơn ion Zn;
4. Tỷ lệ xử lý: Với tỷ lệ 2 - 10% vật liệu apatit/quặng đuôi (tính theo trọng lượng khô) là đủ khả năng xử lý hàm lượng các ion Pb và Zn linh động có trong quặng đuôi chì kẽm với hiệu suất đạt > 90%;
KS. Nguyễn Thị Lài; CN. Mai Văn Định - VIMLUKI
Danh mục tin tức
Tin mới nhất
