Bùn đỏ trong sản xuất alumin và các giải pháp trung hòa, tái sử dụng bùn đỏ ở Việt Nam

Bùn đỏ là gì ?

Sản xuất alumin bằng công nghệ Bayer gồmcác công đoạn cơ bản sau đây: tuyển quặng bauxit thô (gồm nghiền, rửa) đượcquặng tinh bauxít; nghiền mịn quặng tinh bauxit, trộn với dung dịch xút NaOH vàsữa vôi, bơm hỗn hợp này vào bình chứa áp lực cao, gia tăng nhiệt độ cho hỗnhợp (quá trình hòa tách). Dung dịch aluminate (NaAlO2) tách ra được đem kết tủatạo thành Al(OH)3, rửa và nung Al(OH)3 để tách nước. Thành phẩm là bột màutrắng mịn gọi là alumin với hàm lượng Al2O3 chiếm tới 98,5 - 99,5%, phần cònlại là bùn đỏ.

Thực chất, bùn đỏ là một dạng quặng đuôi,bao gồm các oxit kim loại không hòa tan trong dung dịch xút NaOH ở công đoạnhòa tách trong dây chuyền công nghệ Bayer. Trong bùn đỏ, thành phần oxit sắtchiếm hơn 46% (làm cho bùn có màu đỏ) và bao gồm một lượng xút (NaOH) dư và bùnoxalate (Na2CO3). Theo Tiêu chuẩn châu Âu 2001/118/ECĐiều 01 03 09 thì bùn đỏ không phải là chấtthải độc hại.

Để sản xuất 1 tấn alumin bằng công nghệBayer sẽ thải ra khoảng 1,5 - 2,0 tấn bùn đỏ (theo định mức quốc tế). Bùn đỏchưa xử lý có tính kiềm cao (pH 10-15) tiềm ẩn khả năng rủi ro cao tại các hồchứa bùn đỏ, bao gồm: Chi phí chôn lấp và quản lý cao, đất đai dùng để lưu trữbùn đỏ không sử dụng được vào mục đích khác trong thời gian dài; Tính chất kiềmcủa bùn đỏ có hại đến sức khỏe của con người và môi trường sinh thái; Việc ngănchặn sự phát tán kiềm từ bùn đỏ vào nước ngầm hoặc xử lý nước ngầm ô nhiễm kiềmlà rất khó khăn, giá thành đắt và phải tiếp tục sau khi ngừng quá trình thảibùn đỏ; Chi phí quản lý và duy trì hồ bùn đỏ cao và liên tục tăng theo khônggian và thời gian.

Bùn đỏ trước khi thải ra bãi thải phảiđược rửa ngược dòng 4-6 bước nhằm tận thu tối đa kiềm và đảm bảo yêu cầu môitrường. Hồ bùn đỏ phải có các lớp chống thấm tốt để kiềm bám theo bùn đỏ khôngthẩm thấu vào mạch nước ngầm, nước chứa kiềm trong hồ chứa bùn đỏ được thu gomvà bơm tuần hoàn về nhà máy alumin sử dụng lại. Bùn đỏ được thải ra theo 2 côngnghệ: thải khô và thải ướt.

Thải khô là bơm bùn ra hồ chứa với hàmlượng chất rắn rất cao, tiết kiệm diện tích nhưng tốn kém và phức tạp, chỉthích hợp với những vùng có lượng bốc hơi lớn hơn so với lượng mưa. Điều nàykhông phù hợp với điều kiện các khu vực có lượng mưa lớn, như các tỉnh ở TâyNguyên.

Thải ướt là bơm bùn ra hồ chứa với hàmlượng chất rắn thấp hơn, đỡ tốn kém, thích hợp với các vùng có các thung lũngdễ tạo thành hồ chứa, thường áp dụng cho những vùng có lượng mưa lớn hơn so vớilượng bốc hơi (thí dụ ở Tây Nguyên - Việt Nam có lượng mưa gấp gần 4 lần lượngbốc hơi: lượng mưa 2.400mm; lượng bốc hơi 650mm).

Theo dự án ATF0603 (2006-2011) về cơ sởdữ liệu bùn đỏ và hồ chứa bùn đỏ (Bauxite Residue and Disposal Database -BraDD) do 7 nước hợp tác tiến hành (bao gồm Mỹ, Canada, Australia, Trung Quốc,Ấn Độ, Nhật Bản, Hàn Quốc) mới công bố vào tháng 12 năm 2008 cho thấy trên thếgiới hiện nay có khoảng 73 nhà máy sản xuất alumin, trong đó khoảng 20 nhà máy(chiếm 27%) áp dụng thải khô, chủ yếu tập trung ở châu Âu và Australia, nơi cólượng mưa nhỏ; còn khoảng 53 nhà máy khác (chiếm 73%) áp dụng thải ướt, chủ yếutập trung ở Trung Quốc, ấn Độ, Brazil, Jamaica, phía đông nước Australia,Italia và các nước đang phát triển khác.

Các giải pháp quản lý hồbùn đỏ, trung hòa và tái sử dụng bùn đỏ.

Giải pháp thiết kế, xây dựng hồ chứa bùnđỏ (thải bằng công nghệ ướt) là hồ chứa được thiết kế chống thấm tuyệt đối bằngvật liệu địa kỹ thuật (High Density Polyethylene Material - HDPM) và chống trànbằng các đập chắn vững chắc và hệ thống hút nước trung tâm, bơm nước tuần hoànđể tháo khô hồ và tái sử dụng nước có chứa kiềm cho nhà máy sản xuất alumin.Bùn đỏ sau khi khô được san ủi thành từng lớp, sau đó phủ một lớp đất màu lêntrên và trồng cây để tái tạo giá trị thổ nhưỡng. Đây là giải pháp rất phổ biếnvà có độ tin cậy cao trong hàng chục năm ở nhiều nước trên thế giới như EU, <_st13a_city w:st="on">Mỹ, <_st13a_country-region w:st="on">Australia,<_st13a_country-region w:st="on">Brazil, <_st13a_country-region w:st="on"><_st13a_place w:st="on">Jamaica...

Mặt khác, kết hợp với giải pháp làm giảmđộ pH cao (10-15) xuống đến mức an toàn (pH=6-8) bằng cách chôn lấp khí CO2trong hồ bùn đỏ (theo Alcoa, Mỹ), hoặc hòa trộn muối canxi và magie (theoVirotec, Australia) sẽ đáp ứng được yêu cầu lưu trữ lâu dài hàng chục triệu tấnbùn đỏ một cách an toàn, đồng thời tái sử dụng một phần (hàng triệu tấn/năm)trong các lĩnh vực sản xuất vật liệu xây dựng, làm đường, chế tạo chất xúc tácđể xử lý ô nhiễm môi trường (như xử lý nước thải đô thị ở Mỹ, nước thải có tínhaxít ở các mỏ than Indonesia, Australia, …). Giải pháp này đã và đang được ápdụng tại nhiều nơi trên thế giới, đặc biệt là ở các vùng Italia, <_st13a_place w:st="on"><_st13a_city w:st="on">Mỹ,<_st13a_country-region w:st="on">Australia,Hàn Quốc…

Thành phần của bùn đỏ sau khi trung hòabao gồm một hỗn hợp của nhiều hạt muối rất mịn như: hematit, boemit, gipsit,sodalit, thạch anh và cancrinit, bruxit, calxit, diaspore, ferihydrit, gypsum,hydrocalumit, hydrotalxit, lepidocroxit, paluminohydrotalxit, porlandit, oxittitan và có thể có một ít muối tan chậm (McConchie, 2002) có khả năng sản xuấtcác chất xúc tác để xử lý ô nhiễm môi trường với giá trị kinh tế cao.

Giải pháp thải bùn đỏ bằng công nghệ ướttại các nhà máy sản xuất alumin ở Tây Nguyên có nhiều ưu điểm hơn so với côngnghệ thải khô với những lý do sau đây:

- Phù hợp với điều kiện khí hậu tự nhiêncủa Tây Nguyên (lượng mưa lớn 2.400 mm/năm, gấp gần 4 lần lượng bốc hơi 650mm/năm).

- Dễ xử lý và tái sử dụng bùn đỏ tạo racác sản phẩm như làm vật liệu xây dựng, làm đường, chất xúc tác để xử lý ônhiễm (nước thải có tính axít, nước thải cống, …).

- Giảm sự khuếch tán gây ô nhiễm bụi từbùn đỏ khô trong hồ chứa ra không khí, có hại cho sức khỏe con người.

- Giảm chí phí đầu tư xây dựng hồ chứabùn đỏ và giảm chí phí vận hành, quản lý và hoàn nguyên khi hồ ngừng hoạt động.

Giải pháp quản lý hồ chứa bùn đỏ có độ antoàn cao theo nguyên tắc phòng ngừa, bao gồm:

- Xung quanh hồ chứa bùn đỏ được xây dựngcác công trình ngăn nước mặt không cho chảy tràn vào hồ, đồng thời trồng câytrên taluy và khu vực xung quanh đập để chống sạt lở bờ đập.

- Đầu tư xây dựng mạng lưới quan trắc môitrường ở thượng nguồn, hạ nguồn và xung quanh hồ chứa bùn đỏ để thường xuyêngiám sát sự tác động của hồ chứa bùn đỏ đối với môi trường xung quanh (nguồnnước, đất, không khí).

- Khi hồ chứa bùn đỏ được thải đầy đến độcao nhất định theo thiết kế, sau khi bùn khô sẽ tiến hành chôn lấp bằng cáchphủ lớp đất mặt và trồng cây để ổn định, chống xói lở, đảm bảo an toàn, đồngthời kết hợp áp dụng các giải pháp trung hòa làm giảm độ pH và tái sử dụng bùnđỏ cho các mục đích khác.

Bùn đỏ trong sản xuất alumin là chất cóhại cho môi trường, do trong bùn đỏ có kiềm bám dính theo, vì vậy bùn đỏ cầnđược quản lý chặt chẽ. Hiện tại trên thế giới đã có rất nhiều giải pháp quản lýbùn đỏ, đảm bảo an toàn cho môi trường xung quanh.Giải pháp trung hòa bùn đỏ để tái sử dụngtrong xử lý môi trường với chi phí và hiệu quả hợp lý là giải pháp có tính khảthi về mặt công nghệ và đảm bảo an toàn cho các hồ bùn đỏ với độ tin cậy caocần được nghiên cứu áp dụng cho điều kiện thực tế các nhà máy alumin ở khu vựcTây Nguyên - Việt Nam.

Theo TKV