Bùn đỏ-nguồn nguyên liệu thứ cấp
Rõ ràng, bùn đỏ có thể là một chất nguy hại như đã thấy qua thảm kịch ở Hunggary. Nhưng nó cũng có thể là một nguồn vật liệu thô có giá trị thứ hai với những ứng dụng tiềm năng đáng quan tâm.
Tai nạn ngày 4 tháng 10 ở nhà máy chế biến nhôm Ajka tại Hungary do hồ chứa bị vỡ làm chết 9 người và bị thương hơn 120 người. Tuy nhiên, nhà máy mở cửa hoạt động lại sau đó vài ngày. Nguyên nhân gây tai nạn đang được điều tra nhưng rõ ràng là nó liên quan đến cấu trúc của hồ chứa. Vấn đề kỹ thuật trong xây dựng hồ chứa bùn đỏ là cả một khoa học nhưng tự bùn đỏ là cái gì và nó có thể được dùng vào cái khác không hay chỉ mãi là chất thải nằm ở trong những hồ chứa đó?
Bùn đỏ là cái gì?
Hầu hết các hợp chất alumina đều được tạo ra từ quá trình Bayer xử lý khoáng bauxite. Về bản chất, nhà máy xử lý khoáng theo công nghệ Bayer là nơi gia nhiệt và làm lạnh dòng tuần hoàn liên tục dung dịch xút để tách nhôm. Các nhà máy theo công nghệ Bayer có thể được thiết lập hơi khác nhau tùy thuộc vào loại bauxite đang được xử lý. Quặng bauxite có thể khác nhau về hóa học và tính chất vật lý theo vùng mà nó được khai thác. Các điều kiện chế biến theo quy trình công nghệ Bayer như nhiệt độ nấu, thời gian lưu để chuyển hóa, nồng độ kiềm, và chi phí hoạt động ảnh hưởng rất nhiều bởi loại bauxite đang được xử lý.
Trong quá trình xử lý Bayer, bauxite được hòa tan trong dung dịch xút ở 150-230 ° C trong thùng chứa có áp suất cao. Chất lỏng sệt thu được là dung dịch chứa dung dịch aluminate natri và dư lượng bauxite không tan có chứa sắt, silic, và titan.
Dịch sệt này sau đó được tách ra bằng pha loãng và làm mát thành dung dịch aluminate natri và phần các dư lượng không hòa tan. Phần không hòa tan này nằm ở dạng bùn nhão thường được gọi là ‘Bùn đỏ’
Dung dịch aluminate natri tiếp tục được cho kết tủa thành các hạt thô hydroxyt nhôm, tiền chất cho nguyên liệu đầu vào của các nhà máy luyện nhôm.
Tùy thuộc vào chất lượng quặng bauxite và thiết kế của nhà máy Bayer mà một tấn oxyt nhôm thu được có thể tạo 1,1 đến 6,2 tấn chất thải bùn đỏ.
Bùn đỏ bao gồm các chất không tan như silicate aluminate natri , oxide sắt, oxide titan, và lượng vết các oxide kim loại như niken, vanadium và kẽm.
Hàm lượng đặc trưng của các chất trong bùn đỏ:
Nguồn nguyên liệu thứ hai
Việc tạo ra, đem thải bỏ và tái xử lý bùn đỏ đã trở thành vấn đề đang gây áp lực nhất cho ngành khai thác và chế biến nhôm trong các thập niên gần đây.
Theo tổ chức nghiên cứu công nghiệp và khoa học khoáng sản CSIRO của Úc, ngành công nghiệp này trên thế giới hàng năm tạo ra khoảng 120 triệu tấn bùn đỏ.
Tuy nhiên , CSIRO đã lưu ý về sự thiếu vắng một diễn đàn nhằm đánh giá các công nghệ xử lý chất thải hiện hành và định ra các thực hành lưu trữ và xử lý chất thải bùn đỏ.
Đồng thời, tổ chức này đã thành lập cơ sở dữ liệu nền web BraDD trực tuyến cho phép người dùng xác định các thực hành hiện có trên toàn thế giới trong xử lý bùn đỏ, các hạng mục lưu trữ và lượng giá cho việc tận dụng lâu bền bùn đỏ.
Ngày nay, các phần thưởng trong hầu hết các ngành công nghiệp là dành cho tái sinh chất thải càng nhiều càng tốt để giảm đi tác động đến môi trường.
Nhưng việc tái xử lý một số chất thải đã tạo nên một nguồn cung cấp nguyên liệu thô mới thường hay gọi là nguồn nguyên liệu thứ hai. Nguồn nguyên liệu thứ hai này đang phát triển một cách nhanh chóng một kỹ nghệ cho chính nó.
Các ví dụ hay nói đến trước đây trong ngành khai khoáng về tái sinh thủy tinh nay có thêm về các xử lý mới hiện đại hơn cho chất thải từ luyện nhôm trong ứng dụng sản xuất gạch ngói ceramic, tro từ lò cao nhà máy phát điện dùng làm chất độn aluminosilicate trong sản xuất vỏ xe.
Bùn đỏ cũng được coi là nguồn nguyên liệu thô thứ cấp và việc sử dụng nó trong các ứng dụng đã được tiếp tục trong nhiều năm qua.
Các ứng dụng tiềm năng
Xử lý và tận dụng bùn đỏ liên tục là chủ đề của các nghiên cứu chuyên sâu. Trên thế giới, đã có nhiều bài báo cũng như bằng sáng chế được công bố.
Bùn đỏ có thể được xử lý để thu hồi nhiều nguyên tố kim loại khác. Do đó, nó được xem như nguồn nguyên liệu thứ cấp cho khai thác sắt, oxit titan, nhôm, kali, vanadi, và đất hiếm.
Chất thải từ xử lý quặng bauxit này cũng có thể được dùng trong sản xuất vật liệu xây dựng ( gạch, chất kết dính loại nhẹ, ngói lợp mái, gạch lót sàn, xi măng), chất liệu xúc tác , gốm ceramic và các sử dụng trực tiếp khác như trong xử lý chất thải, bột trợ lọc, và phân bón.
Năm 2004, một báo cáo về bùn đỏ ở Trung quốc đã cho biết khoảng 10% bùn đỏ được tái sinh cho chiết trích kim loại hoặc sử dụng như nguyên liệu thô đầu vào trong sản xuất gạch. Tại tây Úc, bùn đỏ từ nhà máy Alcoa thuộc Kwinana đã được dùng làm gạch xây các nhà ở địa phương.
Bùn đỏ có thể được trung hòa một phần với nhiều tác chất khác nhau, bao gồm nước biển hoặc thạch cao. Bùn đỏ trung hòa một phần mang một số tính chất hữu dụng như khả năng trung hòa acid cao, khả năng bẩy giữ tốt các hợp chất gốc cyanide và kim loại nặng độc hại. Tóm lại, nhiều ứng dụng của bùn đỏ qua trung hòa một phần đã được tìm thấy trong thương mại hoặc còn đang ở dạng thử nghiệm:
- Xử lý chất thải từ mỏ có chứa acid
- Xử lý phế phẩm mỏ có chứa muối sunfit, đá mỏ và đất có chứa acid sulphate
- Sản xuất các miếng cản có thể mang được dùng trong kiểm soát tai nạn tràn hóa chất có tính acid hoặc chứa kim loại
- Xử lý đất trầm tích chứa sunfit trước khi dùng như đất đắp đường
- Loại bỏ phosphate trong nước sinh hoạt hoặc trong nước cống
- Chất ổn định cho đất nhằm gia tăng lượng phosphate và khả năng giữ nước, nhờ đó giảm nhu cầu phân bón thêm
- Xử lý các chất rửa trôi có trong nước thải sinh hoạt và nước thải nhà máy công nghiệp
- Xử lý nước thải chứa crom ở khu thuộc da
- Xử lý nước thải của nhà máy xi mạ kền Mặc dù các nghiên cứu còn đang tiếp diễn nhưng sự tận dụng bùn đỏ vẫn chưa được giải quyết trong lượng lớn. Tuy vậy, chúng ta mong đợi rằng với các công nghệ mới đang lên và với áp lực ngày càng tăng về tái sử dụng chất thải, việc sử dụng bùn đỏ như nguồn nguyên liệu thứ cấp trong các ứng dụng công nghiệp nói trên sẽ gia tăng.
Tài liệu tham khảo chính: 1-Review on treatment and utilization of bauxite residues in China, Int. J. Miner. Process. 2009, 93 220–231 2-Treatment and disposal of red mud generated in the Bayer process, US patent 5607598 3-Process for treating bauxite in which a desilication product and an insoluble residure are separately precipitated US patent 6528028 4-Recovery and Concentration of Al(III), Fe(III), Ti(IV), and Na(I) from Red Mud, Journal of Colloid and Interface Science 2001, 244, 342–346 (2001) 5- CO2 Sequestration by Aqueous Red Mud Carbonation at Ambient Pressure and Temperature, Ind. Eng. Chem. Res. 2008, 47, 7617–7622 6- Catalytic applications of red mud, an aluminium industry waste: A review, Appl. Catal. B 2008, 81, 64.-77 7- The use of red mud for brick coloring, Glass and Ceramics 1998 55, 3 – 4,70-71 8- Formation of Aluminum Titanate-Mullite Composite from Bauxite Red Mud, Metallurgical and materials transactions B, 2006 , 31, 551-552 9- Modifying Alumina Red Mud to Support a Revegetation Cover, JOM 2005 Feb , 42-46
Một hướng tiếp cận mới nhằm xử lý phế thải bùn đỏ trong các dự án chế biến bauxite-alumin vừa được một nhóm nghiên cứu thuộc Sở khoa học – công nghệ Lâm Đồng và Trường đại học Đà Lạt nghiên cứu thành công, đó là dùng bã thải sau trồng nấm, phế thải dịch nấm men và than bùn để trung hoà bùn đỏ, tạo thành đất trồng cây. Ngoài ra, họ cũng chọn được một số loại cây có khả năng tái lập thực bì và tái tạo hoàn thổ trên nền bùn đỏ (đã được cải tạo).