Bùn đỏ trong sản xuất alumin và ứng dụng thực tế

Hiện tại, trên thế giới và Việt Nam, phương pháp công nghiệp chính được sử dụng để sản xuất alumin là phương pháp Bayer, dựa trên sự hòa tan có chọn lọc các thành phần quặng bô xít bằng dung dịch kiềm. Phương pháp này tạo ra một lượng lớn chất thải được gọi là bùn đỏ. Bùn đỏ là chất thải không hòa tan còn lại của bauxite sau khi chế biến có độ pH cao (11-12), được đổ vào các bãi chôn lấp. Theo các ước tính khác nhau, sản xuất 1 tấn alumin tạo ra từ 0,9 đến 1,5 tấn bùn đỏ.

Thực chất bùn đỏ là cặn (các thành phần có trong bô xít) không hoà tan trong kiềm và thu được trong quá trình hoà tách bô xít. Thành phần khoáng vật của bùn đỏ là các oxit - chủ yếu là oxit sắt nên có màu đỏ, các hợp chất mới tạo thành như Na-aluminium-hydrosilicat, Ca- aluminium-hydrosilicat...

Tại Việt Nam những năm qua cũng đã có nhiều nghiên cứu về vấn đề xử lý và ứng dụng bùn đỏ. Đơn cử như Đề tài “Nghiên cứu công nghệ sản xuất thép và vật liệu xây dựng không nung từ nguồn thải bùn đỏ trong quá trình sản xuất alumin tại Tây Nguyên” thuộc Chương trình KHCN trọng điểm cấp nhà nước, do TS Vũ Đức Lợi - Viện Hóa học là chủ trì đã đạt được nhiều kết quả khả quan về việc thu hồi được lượng kim loại có trong bùn đỏ.

Kết quả thử nghiệm pilot dù chưa chứng minh hiệu quả kinh tế, nhưng đã cho ra sản phẩm sắt xốp có hàm lượng T-Fe đạt 90,1%, tỉ lệ sắt kim loại/tổng sắt đạt 83,4%. Mẫu thép thu được từ sắt xốp thử nghiệm đạt tiêu chuẩn mác SD 390 của Nhật Bản và mác thép CT5.

Ngoài ra, nhóm nghiên cứu Trường Đại học Khoa học Tự nhiên (Đại học Quốc gia Hà Nội) do Phó Giáo sư, Tiến sỹ Lưu Đức Hải làm chủ nhiệm đã sử dụng bùn đỏ của Nhà máy Alumin Tân Rai phối trộn với đất sét cao lanh ở Trúc Thôn, Chí Linh, Hải Dương, cát sông Hồng và than đá để sản xuất gạch nung. Sản phẩm đáp ứng được yêu cầu của sản phẩm gạch đất sét nung dùng trong xây dựng theo TCVN 1451- 2009.

Ở nước ta bước đầu đã có những nghiên cứu sử dụng bùn đỏ để xử lý khí, sử dụng viên lọc “bùn đỏ” để lọc H2S chứa trong khí biogas tại xã Thái Mỹ, huyện Củ Chi, TP.HCM do các nhà khoa học thuộc Viện Công nghệ sinh học Việt Nam, Đại học Bách khoa TP.HCM kết hợp với JICA – Nhật Bản thực hiện. Phạm Đình Dũ và công sự (2015) đã nghiên cứu sử dụng bùn đỏ Lâm Đồng trong quá trình Fenton dị thể để phân hủy xanh metylen, kết quả cho thấy bùn đỏ sau khí xử lý bằng axit và nhiệt có hoạt tính xúc tác trong phản ứng phân hủy MB bằng hydroperoxit ở pH=5-9.

Ngoài ra, Việt Nam cũng có nhiều nghiên cứu tận dụng bùn đỏ trong xử lý ô nhiễm nước thải dân dụng và quốc phòng.

Cần xây dựng, nghiên cứu dự án khả thi để sản xuất tinh quặng sắt, gang và thép từ bùn đỏ.

Đề tài “Nghiên cứu công nghệ sản xuất thép và vật liệu xây dựng không nung từ nguồn thải bùn đỏ trong quá trình sản xuất alumin tại Tây Nguyên” thuộc Chương trình Tây Nguyên 3 do TS. Vũ Đức Lợi thuộc Viện Hóa học làm chủ nhiệm được Hội đồng nghiệm thu cấp nhà nước đánh giá loại xuất sắc.

Đây được coi là triển vọng cho việc xử lý và tận dụng triệt để nguồn chất thải bùn đỏ, góp phần bảo vệ môi trường và phát triển bền vững công nghiệp sản xuất alumin tại Tây Nguyên.

Đề tài nghiên cứu các thành phần và tính chất của bùn đỏ trong quá trình sản xuất alumin tại nhà máy alumin Lâm Đồng. Bùn đỏ là chất thải có tính kiềm cao, được phân loại chất thải nguy hại. Thành phần sắt trong bùn đỏ cao, hàm lượng Fe2O3 trong tất cả các mẫu đều trên 50%, hàm lượng tổng sắt (T-Fe >35%), do vậy, có thể định hướng sử dụng làm tinh quặng sắt, gang và thép. Tuy nhiên, quy trình sản xuất thép từ bùn đỏ dựa trên công nghệ hoàn nguyên trực tiếp có nhược điểm là tiêu tốn năng lượng, dẫn đến giá thành cao và khó đáp ứng được về hiệu quả kinh tế.

Để khắc phục nhược điểm này, nhóm nghiên cứu đã xây dựng quy trình công nghệ sản xuất tinh quặng sắt, sắt xốp và thép từ bùn đỏ theo công nghệ tách khô, thiêu từ hóa, nghiền, tuyển từ, thu hồi tinh quặng sắt và sản xuất sắt xốp, thép. Quy trình công nghệ có ưu điểm như: hoàn nguyên oxit sắt trong bùn đỏ về dạng oxit sắt từ Fe3O4 và dựa trên việc phân tích tỷ lệ Fe2O3/FeO; quy trình tạo cầu, sử dụng đôlômit vảy đáp ứng yêu cầu về thấu khí trong giai đoạn thiêu kết và tăng hiệu suất thu hồi sắt của bùn đỏ; tác nhân khử sử dụng khí CO dư của lò cao và bổ sung than trong quá trình hoàn nguyên nhằm kiểm soát quá trình hoàn nguyên về sắt từ thông qua việc đánh giá tỷ lệ Fe2O3/FeO; sử dụng vôi sống CaO trong quá trình thiêu kết làm chất kết dính và loại bỏ nhôm trong giai đoạn tuyển từ có hiệu quả kinh tế hơn so với dùng natricacbonat Na2CO3 mà các công nghệ trước đây đã sử dụng; sản phẩm tinh quặng sắt có hàm lượng T-Fe đạt 62,7%, sắt xốp có hàm lượng T-Fe đạt 90,1%, tỷ lệ sắt kim loại/tổng sắt đạt 83,4%. Mẫu thép thu được từ sắt xốp đạt tiêu chuẩn mác SD 390 của Nhật Bản và mác thép CT5.

Nhóm nghiên cứu đã tiến hành sản xuất thử nghiệm với quy mô công nghiệp mẻ 200 tấn, hiệu suất thu hồi 1 tấn tinh quặng sắt/2,4 tấn bùn đỏ khô, sản phẩm tinh quặng sắt đạt 62,7%, đáp ứng đầy đủ các yêu cầu để sản xuất gang và sắt xốp. Các tính toán về hiệu quả kinh tế cho thấy, sản xuất ra 1 tấn tinh quặng sắt có chi phí thấp hơn so với giá sản phẩm thương mại trên thị trường, chứng tỏ tính khả thi của việc áp dụng kết quả nghiên cứu vào sản xuất.

Cùng với việc xây dựng quy trình công nghệ sản xuất tinh quặng sắt, sắt xốp và thép, đề tài cũng xây dựng được quy trình công nghệ sản phẩm gạch không nung sản xuất từ bùn đỏ, xỉ luyện thép và sắt xốp theo công nghệ geopolymer. Được sử dụng hai phương pháp là nén ép và đổ khuôn, sản phẩm gạch đạt TCVN 6476:1999, các chỉ tiêu về cường độ nén đạt mác cao hơn so với tiêu chuẩn quy định và bảo đảm các quy định về môi trường. Ngoài ra, đề tài đã đăng ký 2 phát minh sáng chế liên quan đến công nghệ sản xuất tinh quặng sắt, sắt xốp và thép từ bùn đỏ.

Theo hội đồng nghiệm thu, những kết quả nghiên cứu của đề tài “Nghiên cứu công nghệ sản xuất thép và vật liệu xây dựng không nung từ nguồn thải bùn đỏ trong quá trình sản xuất alumin tại Tây Nguyên” là những đóng góp mới cho khoa học và có thể ứng dụng trong thực tiễn, cần sớm xây dựng nghiên cứu dự án khả thi để sản xuất tinh quặng sắt, gang và thép từ bùn đỏ.

Triển khai dự án thải bùn đỏ khô và nhiều giải pháp bảo vệ môi trường

Thời gian qua, công tác bảo vệ môi trường luôn được hai dự án bô xít ở khu vực Tây Nguyên coi trọng và triển khai đồng bộ các giải pháp để thực hiện hiệu quả nhất.

Cụ thể, ông Tường Thế Hà, Phó giám đốc Công ty Nhôm Lâm Đồng cho biết, trong công tác bảo vệ môi trường, Nhôm Lâm Đồng đã thực hiện được hầu hết các nội dung: Hoàn thiện các thủ tục pháp lý liên quan; thực hiện các công trình xử lý bụi, khí thải tại Nhà máy; lắp đặt 3 trạm quan trắc nước thải tự động; tiến hành trồng cây, cải tạo, phục hồi môi trường diện tích đất sau khai thác; xây dựng hệ thống thu gom, tiêu thoát nước mưa khu vực Nhà máy,…

Các công trình bảo vệ môi trường ngày càng phát huy hiệu quả cao theo hướng tự động hóa; công tác quản lý, xử lý chất thải được đơn vị thực hiện đúng quy định; công tác xử lý mùi hôi tại các hồ bùn đỏ ngày càng được quan tâm đầu tư và mang lại nhiều kết quả thiết thực; nhiều công trình nghiên cứu được áp dụng vào thực tế vận hành, sản xuất của Nhà máy đã góp phần tiết kiệm chi phí, năng lượng, nguyên vật liệu sản xuất.

Đối với công tác hoàn thổ, trồng cây cải tạo phục hồi môi trường đã được đơn vị thực hiện theo đúng đề án được Bộ Tài nguyên và Môi trường phê duyệt với tổng diện tích đã trồng cây Keo xen cây thông là 92 ha.

Đáng chú ý, ông Hà cho biết, hiện tại nhu cầu về phương pháp thải mới cho bùn đỏ hết sức quan trọng. “Tập đoàn cũng có chỉ đạo hết sức quyết liệt về vấn đề này”, ông Hà thông tin.

Theo ông Hà, Công ty Nhôm Lâm Đồng đã triển khai lập báo cáo, dự án để tập đoàn xem xét và trong thời gian tới sẽ triển khai dự án thải bùn đỏ khô.

“Hiện, chúng tôi đã chuẩn bị, quy hoạch được khu vực triển khai phương án thải bùn khô và đang chờ các cấp thẩm quyền phê duyệt”, ông Hà cho biết thêm.

Theo ông Ngô Tuấn Linh, Phó Giám đốc Công ty Nhôm Đắk Nông, Nhà máy alumin Nhân Cơ nhiều năm qua luôn đáp ứng tốt hơn cả đánh giá tác động môi trường (DTM) đặt ra.

“Nhà máy đã đáp ứng rất tốt các yếu tố về môi trường. Lãnh đạo tập đoàn cũng khẳng định rất rõ là phải đảm bảo an toàn và đặc biệt là an toàn về môi trường đối với nhà máy. Đây là điều chúng tôi cũng rất ghi nhận trong quá trình làm việc tại đây”, ông Linh khẳng định.

Theo ông Linh, trong quá trình vận hành nhà máy, Công ty Nhôm Đắk Nông luôn quan tâm, coi trọng và triển khai đồng bộ nhiều giải pháp hướng đến xây dựng mô hình nhà máy thân thiện với môi trường.

Những biện pháp bảo vệ môi trường thường xuyên được Công ty nghiêm túc thực hiện như: Duy trì vận hành các công trình bảo vệ môi trường, tuân thủ quy trình công nghệ, không ngừng cải tiến công nghệ hợp lý nhằm giảm thiểu phát thải; tích cực trồng cây xanh cải tạo và giữ gìn môi trường nhà máy xanh - sạch - đẹp, đảm bảo hài hòa giữa sản xuất với bảo vệ môi trường; Thường xuyên thực hiện việc quan trắc môi thường định kỳ và duy trì hệ thống và bộ máy kiểm tra giám sát việc thực hiện các biện pháp BVMT, kiểm soát tốt các thông số môi trường; Nhận diện các nguy cơ để kịp thời đề ra hoặc thực hiện các biện pháp nhằm phòng ngừa các sự cố về môi trường có thể xảy ra, thường xuyên tổ chức diễn tập các tình huống giả định để ứng cứu sự cố kịp thời hiệu quả nhất…

Bên cạnh đó, đơn vị cũng đã tiến hành trồng cây, cải tạo phục hồi môi trường theo đúng cam kết trong Đề án cải tạo phục hồi môi trường với tổng diện tích trồng và chăm sóc cây hàng trăm hecta. Hiện Công ty đã được tổ chức QUACERT cấp giấy chứng nhận hệ thống quản lý môi trường theo TCVN ISO 14001:2015/ISO 14001:2015.