THÔNG TIN KHOA HC CÔNG NGHỆ MỎimsat.vn/uploads/bai5.pdf · bơm ra hồ lắng, nước xút loãng được thu hồi bằng thẩm thấu qua lớp lọc dưới đáy hồ

THÔNG TIN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ MỎ

25 KHCNM SỐ 1/2019 * TUYỂN, CHẾ BIẾN THAN- KHOÁNG SẢN

Tóm tắt: Xử lý bùn đỏ alumin bằng công nghệ thải khô là phương pháp hiện đại có nhiều ưu điểm, an toàn

về môi trường hiện đang được ứng dụng rộng rãi trên thế giới cho các nhà máy mới xây dựng. Bài báo giới thiệu một số kinh nghiệm xử lý bùn đỏ tại các nhà máy alumin trên thế giới bằng phương pháp thải khô.

1. Đặt vấn đềBùn đỏ là chất thải phát sinh trong quá trình

sản xuất alumin, là hỗn hợp các chất oxit chủ yếu silic, sắt, xút NaOH, aluminat natri và một số ô xit kim loại khác… Bùn đỏ thường có pH~12 thuộc chất thải có nguy cơ gây ô nhiễm môi trường phải được lưu giữ bảo quản chặt chẽ an toàn. Ở Việt Nam có 2 nhà máy sản xuất alumina là Tân Rai - Lâm Đồng và Nhân Cơ – Đắk Nông. Cả 2 nhà máy trên đều có công suất thiết kế 630 ngàn tấn alumina/năm. Từ năm 2013 và 2017 đến nay lần lượt các nhà máy alumin Tân Rai và Nhân Cơ được đưa vào vận hành sản xuất thương mại và đã đạt công suất thiết kế. Các chỉ tiêu kinh tế kĩ thuật công nghệ của cả 2 nhà máy đều đạt yêu cầu so với thiết kế, đã mang lại lợi nhuận trong sản xuất kinh doanh của Tập đoàn TKV và hiệu quả kinh tế xã hội cho vùng Lâm Đồng và Đắk Nông. Cả 2 nhà máy alumin Lâm Đồng và Nhân Cơ đều áp dụng công nghệ Bayer để hòa tách sản xuất alumina. Bùn đỏ đuôi thải từ nhà máy được xử lí bằng phương pháp thải ướt, theo đó dung dịch bùn đỏ được bơm ra hồ lắng, nước xút loãng được thu hồi bằng thẩm thấu qua lớp lọc dưới đáy hồ và qua ngưỡng tràn của giếng thu tại giữa lòng hồ. Một phần nước xút loãng được bơm về nhà máy tái sử dụng, một phần xử lí trung hòa đảm bảo tiêu chuẩn và xả thải. Qua 5 năm vận hành nhà máy alumin Tân Rai đã cho thấy giá thành xử lý bùn đỏ thấp nhưng cũng bộc lộ nhiều nhược điểm như sử dụng nhiều diện tích đất đai làm hồ chứa bùn đỏ, không thu hồi được xút lãng bằng thẩm thấu qua đáy hồ, tiềm ẩn nguy cơ ô nhiễm môi trường đất xung quanh hồ bùn đỏ. Để giải quyết các vấn đề nhược điểm trên, Tập đoàn TKV đã giao cho Viện KHCN Mỏ - Vinacomin

triển khai đề tài nghiên cứu khoa học: “Nghiên cứu xử lý bùn đỏ nhà máy alumin Tân Rai Lâm Đồng bằng phương pháp thải khô” nhằm thu hồi dung dịch xút phục vụ cho tái sử dụng, tiết kiệm tài nguyên đất đai và nâng cao hơn an toàn môi trường trong sản xuất alumin. Để đưa phương pháp thải khô áp dụng vào xử lý bùn đỏ nhà máy alumin Tân Rai và Nhân Cơ, chúng tôi giới thiệu một số kinh nghiệm xử lý bùn đỏ các nhà máy alumin trên thế giới bằng phương pháp thải khô.

2. Kinh nghiệm xử lý bùn đỏ bằng phương pháp khô tại các nhà máy alumin trên thế giới.

Trên thế giới hiện nay các phương pháp đổ thải và lưu giữ bùn đỏ bằng phương pháp khô gồm các dạng chính đổ thải khô dung dịch sệt và bã lọc ép.

2.1. Thải khô bùn đỏ dạng sệt: Bùn đỏ sau quá trình rửa được cô đặc thành

dạng hỗn hợp sệt có hàm lượng chất rắn từ 48÷55% mới tiến hành đổ thải. Hỗn hợp bùn đỏ sệt được vận chuyển tới bãi thải bằng đường ống và được trải thành lớp trên diện tích của bãi thải để khử nước bằng tháo khô và bay hơi dưới ánh nắng mặt trời, phương pháp này làm cho bùn đỏ khô, hàm lượng chất rắn đạt tới 62÷65%. Ngoài ra một thiết kế tiên tiến còn bao gồm lớp tháo nước ở phía dưới đáy nhằm tăng tính ổn định cho bãi thải. Người ta áp dụng phương pháp thải khô nhiều lớp đối với những nơi thiếu diện tích đất, sử dụng đất hạn chế và đắt; đất phẳng, đất thẩm thấu nhiều; nơi có yêu cầu cao đối với bảo vệ môi trường; địa điểm bãi thải nằm cạnh nhà máy alumin. Tính ưu việt của phương pháp thải khô nhiều lớp này là: An toàn, giảm được nguy hại cho người và động vật hoang dã; thải khô nhiều lớp cho phép tăng chiều cao của bãi

MỘT SỐ KINH NGHIỆM TRONG CÔNG NGHỆ XỬ LÝ BÙN ĐỎ BẰNG PHƯƠNG PHÁP THẢI KHÔ TẠI CÁC NHÀ MÁY ALUMIN TRÊN THẾ GIỚI

ThS. Hoàng Minh Hùng, KS. Nguyễn Quang Hà Viện Khoa học Công nghệ Mỏ - Vinacomin

Biên tập: TS. Lưu Văn Thực

THÔNG TIN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ MỎ

KHCNM SỐ 1/2019 * TUYỂN, CHẾ BIẾN THAN- KHOÁNG SẢN26

thải là điều mà bãi thải ướt thông thường không thực hiện được xét về góc độ kinh tế, như thế sử dụng diện tích bãi thải cũng ít hơn. Nhược điểm của phương pháp này là có thể khó khăn ở những khu vực có lượng mưa nhiều, khả năng bốc hơi kém; chi phí trong quá trình đổ thải tốn kém hơn vì bùn trước khi thải phải được cô đặc ở mức độ nhất định, quá trình thải phải thực hiện theo các quy trình nghiêm ngặt và có thể phải tiến hành cả việc dùng máy bừa để đảo lớp bùn cho mau khô.

2.2. Thải khô bùn đỏ dạng bã lọc ép Bùn đỏ sau quá trình rửa được lọc khô thành

dạng bánh có độ ẩm < 35%. Bùn đỏ khô được vận chuyển đổ ra bãi thải bằng ô tô hoặc bằng băng tải chuyên dùng. Phương pháp đổ thải khô

có ưu điểm là: giảm thiểu được diện tích bãi thải, phù hợp với mọi địa hình; không cần đập lớn và chỉ yêu cầu bờ bao nhỏ; không có nguy cơ thảm họa khi có địa chấn vì chỉ có bùn đỏ đồng nhất được lưu giữ, bùn đỏ này có sức kháng cao đối với hóa lỏng khi tiếp xúc với nước và dung dịch; nguy cơ rò rỉ chất ô nhiễm từ bùn đỏ thấp; thân thiện với môi trường và cải tạo bãi thải nhanh, dễ dàng. Nhược điểm của phương pháp này là đầu tư thiết bị cao và chi phí vận hành tốn cho khâu lọc khô bùn đỏ trước khi đổ thải.

Trên thế giới hiện nay có khoảng 73 nhà máy sản xuất alumin, trong đó phần lớn đã áp dụng phương pháp thải khô bùn đỏ, thay thế dần cho phương pháp thải ướt. Việc thải khô sử dụng đến thiết bị lọc khiến chi phí tăng cao đặc biệt với những nhà máy có công suất lớn lượng bùn đỏ thải ra nhiều.Tuy nhiên để giảm thiểu tác động của bùn đỏ đến môi trường thì phương pháp thải khô ngày càng được nghiên cứu và áp dụng rộng rãi tại các nhà máy trên thế giới.

Ứng dụng thải khô bùn đỏ tại nhà máy alumin Gardanne - Pháp: Nhà máy alumin Gardanne thuộc xã Gardanne ở miền nam nước Pháp, nhà máy hoạt động với công suất 650.000 tấn alumin/ năm. Trước đây nhà máy thải bùn đỏ bằng phương pháp đổ thải xuống biển, trong giai đoạn năm 1983-2012 lượng bùn đổ thải là 690.000 t/năm, diện tích tích đổ thải chiếm 29,4 ha. Giai đoạn 2012-2015 nhà máy sử dụng phương pháp thải khô nhiều lớp. Từ 2015 đến nay sử dụng phương pháp thải khô với việc sử dụng máy lọc ép bùn đỏ tạo thành bánh sau đó sử dụng ô tô vận chuyển thải khô.

Tóm tắt quy trình thải khô bùn đỏ như sau: Hình 1. Lưu trình phương pháp đổ thải khô bùn đỏ

sệt tại Úc

Hình 2. Mô hình bãi chứa đổ thải khô bùn đỏ dạng sệt

THÔNG TIN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ MỎ

27 KHCNM SỐ 1/2019 * TUYỂN, CHẾ BIẾN THAN- KHOÁNG SẢN

Bùn đỏ từ nhà máy Gardanne được rửa bằng nước sạch để thu hồi tối đa lượng soda phục vụ sử dụng lại trong sản xuất alumin, sau đó được xử lý qua thiết bị lọc ép thu được phần nước lọc có chứa xút tuần hoàn lại nhà máy, phần bã bùn đỏ sau lọc với độ ẩm khoảng 30% được vận chuyển bằng ô tô đến bãi thải sau đó san gạt lu lèn đầm chặt.

Việc áp dụng của công nghệ thải khô bùn đỏ của nhà máy Gardanne giúp giảm diện tích bãi chứa, và cung cấp một giải pháp kỹ thuật để khai thác khối lượng lớn bùn đỏ khô hàng nămcó thể được chế tạo thành vật liệu rắn (như gạch, ngói ….) bán được trên thị trường.

Máy lọc ép bùn đỏ được lắp đặt trong nhà máy alumin Gardanne có diện tích lọc 400m2, đóng xả bùn sau lọc tự động. Thiết bị thủy lực đóng tấm lọc được cung cấp bởi 4 giác cắm thủy lực để phân phối áp lực đồng đều trên tấm

Bảng 1. Thành phần khoáng vật bùn đỏ nhà máy alumin GardenneKhoáng vật Hàm lượng, % Khoáng vật Hàm lượng, %

SiO2 5,7 Al2O3 12,35Fe2O3 48,8 CaO 5,34MgO 0,14 Na2O 3,26K2O 0,06 Cr2O3 0,31TiO2 9,45 MnO 0,06P2O5 0,48 SrO 0,02BaO 0,01 MKN 1000°C 11,4

Hình 3. Quy trình thải khô bùn đỏ tại nhà máy Gardanne hiện tại

Hình 4. Xưởng lọc ép và sơ đồ công nghệ lọc ép bùn đỏ công suất 250.000 tấn/năm thuộc nhà máy alumin Gardanne (Pháp)

THÔNG TIN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ MỎ

KHCNM SỐ 1/2019 * TUYỂN, CHẾ BIẾN THAN- KHOÁNG SẢN28

lọc, áp suất lên tới 240 bar. Máy bơm cấp máy lọc ép là máy bơm ly tâm. Nồng độ bùn bơm cấp cho máy lọc trong phạm vi 250 đến 450 g/l, lưu lượng bơm 40-60m3/h. Nước sau lọc ép được chảy vào bể thu gom nước lọc quay vòng lại khu lắng rửa. Bể chứa bùn cấp cho máy lọc ép được lưu trữ đảm bảo cấp bùn đỏ cho máy lọc ép 3 ngày.

Ứng dụng thải khô bùn đỏ tại nhà máy alumin Tôn Nghĩa – Trung Quốc: Nhà máy alumin Tôn Nghĩa nằm ở phía bắc tỉnh Qúy Châu – Trung Quốc, là tổ hợp gồm nhà máy alumin và nhà máy điện phân nhôm. Công suất thiết kế ban đầu là 800.000 tấn alumin/năm, đi vào sản xuất từ năm 2010. Công suất hiện nay là 1.100.000 tấn alumin/năm. Khu vực nhà máy có mùa mưa kéo dài từ tháng 6 đến tháng 10 hàng năm. Lượng mưa trung bình 1200 mm/năm, lượng bốc hơi khoảng 70÷80%. Công nghệ thải bùn đỏ áp dụng là công nghệ thải khô

theo đó bùn đỏ được lọc ép đến độ ẩm ~32%, sau đó được vận chuyển bằng ô tô ra bãi thải san gạt phơi khô là lu đầm chặt. Tổng chiều cao bãi thải được thiết kế 64m, hiện nay đang thải độ cao 18m. Tổng diện tích bãi thải được thiết kế quy hoạch là 100 ha. Kết cấu bãi thải khô bùn đỏ gồm dưới đáy lót 1 lớp màng HDPE chống thấm, xung quanh có đê bao cơ sở bằng đất cao 6-8m, ở giữa các bãi thải có giếng thu nước mặt, toàn bộ lượng nước mặt thu hồi qua hệ thống đường ống ngầm nằm dưới đáy tự chảy về bể nước thu hồi có thể tích 20.000 m3 và được bơm về nhà máy tái sử dụng.

Kinh nghiệm thải khô bùn đỏ tại nhà máy alumin Bình Quả – Trung Quốc: Nhà máy alumin Bình Quả được xây dựng từ năm 1993 có công suất 2,52 triệu tấn alumin/năm, bùn đỏ phải xử lí là 3,4 triệu tấn/năm, trong đó thu hồi quặng sắt là 400 ngàn tấn/năm, xử lý

Hình 5. Thiết bị lọc ép bùn đỏ tại nhà máy alumin Gardanne (Pháp)

Hình 6. Bãi thải khô bùn đỏ nhà máy alumin Tôn Nghĩa – Trung Quốc

THÔNG TIN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ MỎ

29 KHCNM SỐ 1/2019 * TUYỂN, CHẾ BIẾN THAN- KHOÁNG SẢN

theo phương pháp thải khô 1,5 triệu tấn/năm, xử lý theo phương pháp sệt ướt 1,5 triệu tấn/năm. Chiều cao đổ thải hiện nay đang là 24 m. Xưởng lọc ép có 10 tổ hợp thiết bị máy lọc loại 2x2m, toàn bộ thiết bị lọc ép đều được sản xuất tại Trung Quốc. Bùn đỏ được lọc ép khô đến độ ẩm 30%, vận chuyển bằng ô tô lên bãi thải, phơi khô đến độ ẩm 20% sau đó san gạt và lu nèn đạt độ đầm chặt k>0,9. Toàn bộ nước mưa từ bãi thải bùn đỏ đều được thu hồi, xử lí và cấp trở lại nhà máy alumin. Bãi chứa bùn đỏ khô được xây dựng tại khu đất trống được bao bọc xung quanh là đường quốc lộ, khu công nghiệp, khu dân cư nên chiều cao đổ thải bị hạn chế. Trong thời gian tới nhà máy alumin Bình Quả

sẽ xây dựng bãi thải mới và sử dụng hoàn toàn công nghệ thải khô.

3. Kết luận Xử lí bùn đỏ alumin bằng công nghệ thải khô

là phương pháp hiện đại có nhiều ưu điểm tiết kiệm tài nguyên đất, tận thu tối đa vật liệu xút tái sử dụng, an toàn về môi trường hiện đang được ứng dụng rộng rãi trên thế giới cho các nhà máy mới xây dựng và cải tạo từ thải ướt sang thải khô. Trong thời gian tới các nhà máy alumin Tân Rai Lâm Đồng và Nhân Cơ Đắk Nông cũng sẽ sớm được triển khai ứng dụng công nghệ thải khô bùn đỏ nhằm tiết kiệm tài nguyên và an toàn môi trường./.

Hình 7. Xưởng lọc ép bùn đỏ và bãi thải bùn đỏ khô tại nhà máy alumin Bình Quả

Some experiences in the red mud treatment by using dry discharge method at some aluminum preparation plants on the world

MSc. Hoang Minh Hung, Eng. Nguyen Quang Ha Institute of Mining Science and Technology - VinacominSummary:Treatment of alumina red mud by using dry discharge method is a modern one with many

advantages, environmental safety and has been applied widely to new aluminum preparation plants in the world. The article introduces some experiences in the red mud treatment by using dry discharge method at some aluminum preparation plants on the world.