Nghiên cứu khả năng giải phóng một số kim loại nặng từ các bãi thải, quặng đuôi nghèo pyrit (fes2) (luận văn thạc sĩ)

71 332 0
Nghiên cứu khả năng giải phóng một số kim loại nặng từ các bãi thải, quặng đuôi nghèo pyrit (fes2) (luận văn thạc sĩ)

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

Thông tin tài liệu

Việt nam là quốc gia có tiềm năng về khai thác khoáng sản với khoảng 5000 mỏ quặng và 60 loại khoáng sản khác nhau. Tuy nhiên, việc khai thác còn nhiều bất cập do trình độ quản lý, ý thức con người, công nghệ khai thác non kém và lạc hậu nên đã để lại những hệ lụy xấu cho môi trường. Đa số các mỏ khai thác hiện nay là bán thủ công, chỉ lấy các phần quặng giàu, bỏ đi toàn bộ các phần quặng nghèo và khoáng sản đi cùng. Đây là nguyên nhân chính làm ô nhiễm nghiêm trọng môi trường tự nhiên và hệ sinh thái, mà điển hình là khu vực quanh bãi chứa đất đá thải và quặng đuôi một lượng chất thải rắn khổng lồ đã mang theo nhiều các kim loại nặng (KLN), dòng thải lỏng mang tính axit và các tác nhân hóa học thải vào môi trường. Trong các KLN, chỉ có một số nguyên tố là cần thiết cho các sinh vật ở một ngưỡng nồng độ tới hạn nào đấy như Cu, Zn, Mn, Mo…; còn đa số với đặc tính bền vững trong môi trường đều có khả năng gây độc ở liều lượng thấp và tích lũy lâu dài trong chuỗi thức ăn. Tuy nhiên khả năng gây độc của các KLN hoàn toàn phụ thuộc vào trạng thái tồn tại của chúng. Nhiều nước trên thế giới như Đức, Anh, Pháp đã thành lập các bản đồ địa hóa các nguyên tố độc hại trên diện tích đã khai thác mỏ, có tập trung đông dân, chăn nuôi và trồng trọt hoa màu, cây ăn quả. Ở Việt Nam các nghiên cứu về vấn đề này hầu như chưa có, nhưng bằng chứng về các tác động xấu tới sức khỏe con người, hủy diệt và làm suy thoái hệ sinh thái khu vực thì quá nhiều. Một trong những điểm “ nóng ” về ô nhiễm môi trường do khai thác quặng là sự kiện “làng ung thư Thạch Sơn” (Giáp lai, Thanh Sơn, Phú Thọ) 6,15. Ngoài tác động đến sức khỏe con người do ô nhiễm từ khai thác và chế biến khoáng sản, còn phát hiện thấy sự tồn lưu của các KLN trong sản phẩm chè trồng tại vùng mỏ thiếc huyện Đại Từ, tỉnh Thái Nguyên 16, ... Môi trường nhiều điểm như mỏ kẽm, chì Làng Hích (Thái Nguyên), mỏ đồng Sinh Quyền (Lào Cai), khai trường của các nhà máy xi măng Bút Sơn, Bỉm Sơn, Tam Điệp đều bị ô nhiễm nặng nề. Nồng độ các KLN như đồng, chì, kẽm, sắt… trong các nguồn nước tiếp nhận ở xung quanh nhiều điểm mỏ đều cao hơn mức cho phép nhiều lần (từ 1,5 đến 7 lần) 1. Ngoài ra, một số khu vực có khả năng hình thành dòng thải axit mỏ trong khai thác quặng sunfua do chất độc tồn dư trong quặng thải 5. Chính vì vậy, đề tài “Nghiên cứu khả năng giải phóng một số kim loại nặng từ các bãi thải, quặng đuôi nghèo pyrit (FeS2)” đã được lựa chọn nhằm mục đích: Nghiên cứu khả năng phong hóa giải phóng KLN từ quặng đuôi nghèo FeS2 ra môi trường trong điều kiện ngập nước và xung (thấm từng đợt) nước. Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phong hóa và các quá trình tương tác biến đổi cũng như chuyển hóa các sản phẩm sau phong hóa. Trên cơ sở đó đề xuất biện pháp quản lý để giảm thiểu tác động của việc khai thác khoáng đến môi trường, hệ sinh thái nói chung và sức khỏe con người nói riêng.

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - Trƣơng Thị Tâm NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG GIẢI PHÓNG MỘT SỐ KIM LOẠI NẶNG TỪ CÁC BÃI THẢI, QUẶNG ĐUÔI NGHÈO PYRIT (FeS ) Chuyên ngành: Khoa học môi trƣờng Mã số: 60 8502 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS Đồng Kim Loan HÀ NỘI - 2012 LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành đề tài luận văn thạc sĩ cách hoàn chỉnh, bên cạnh nỗ lực cố gắng thân có hƣớng dẫn nhiệt tình thầy cô khoa Môi trƣờng, trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên Tôi xin chân thành cảm ơn tập thể thầy cô khoa môi trƣờng, môn Công nghệ Môi trƣờng tạo điều kiện cho đƣợc học tập tốt truyền đạt kinh nghiệm quý báu cho Đặc biệt, xin trân trọng cảm ơn PGS.TS Đồng Kim Loan hết lòng giúp đỡ tạo điều kiện tốt cho hoàn thành luận văn Xin gửi lời tri ân điều mà Cô dành cho Xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn đến gia đình bạn bè, ngƣời không ngừng động viên, hỗ trợ tạo điều kiện tốt cho suốt thời gian học tập thực luận văn Học viên Trƣơng Thị Tâm MỤC LỤC DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ MỞ ĐẦU Chƣơng TỔNG QUAN 1.1 Khoáng vật sunfua 1.1.1 Đặc điểm chung khoáng vật sunfua 1.1.2 Quặng pyrit sắt 1.2 Quá trình phong hóa quặng sunfua 12 1.2.1 Phân loại trình phong hóa 12 1.2.2 Quá trình oxy hóa mỏ sunfua 17 1.3 Hiện trạng ô nhiễm tác động KLN đến môi trƣờng khu vực khai thác quặng vùng lân cận 20 1.3.1 Hiện trạng ô nhiễm kim loại nặng 20 1.3.2 Ảnh hƣởng kim loại nặng đến môi trƣờng thể sống 24 1.3.3 Giới thiệu số KLN tác động chúng đến môi trƣờng, ngƣời 25 Chƣơng ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 33 2.1 Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu 33 2.2 Phƣơng pháp nghiên cứu 33 2.2.1 Phƣơng pháp kế thừa 33 2.2.2 Khảo sát thực địa 33 2.2.3 Nghiên cứu phòng thí nghiệm 34 2.3 Nội dung nghiên cứu 35 2.3.1 Danh mục hoá chất, thiết bị cần thiết cho nghiên cứu 35 2.3.2 Nghiên cứu ảnh hƣởng đến khả cộng kết – hấp phụ kim loại nặng lên sắt (III) hydroxit 36 2.3.3 Nghiên cứu trình phong hoá giải phóng KLN điều kiện ngập nƣớc có tích lũy 37 2.3.4 Nghiên cứu trình phong hoá giải phóng KLN điều kiện xung nƣớc có tích lũy 39 Chƣơng KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 40 3.1 Quá trình kết tủa, cộng kết hấp phụ KLN 40 3.1.1 Quá trình oxi hóa- thủy phân dạng kết tủa sắt 40 3.1.2 Khảo sát ảnh hƣởng nồng độ ion sắt(II) đến khả cố định số kim loại nặng Zn, Cu, Pb, As, Cd, Mn 40 3.1.3 Kết khảo sát ảnh hƣởng pH đến khả kết tủa hydroxit Fe(III) cộng kết số kim loại nặng 42 3.2 Kết nghiên cứu giải phóng KLN điều kiện ngập nƣớc có tích lũy 44 3.2.1 Sự biến thiên pH nồng độ KLN trình phong hoá mô hình bãi thải, quặng đuôi nghèo pyrit 44 3.2.2 Sự biến thiên nồng độ ion sunfat (SO42-) 49 3.2.3 Kết khảo sát ảnh hƣởng đến trình phong hoá giải phóng KLN điều kiện ngập nƣớc 51 3.3 Kết nghiên cứu giải phóng KLN điều kiện xung có tích lũy 55 3.3.1 Sự biến thiên pH nồng độ ion KLN trình phong hoá mô hình bãi thải, quặng đuôi nghèo pyrtit điều kiện xung 55 3.3.2 Sự biến thiên nồng độ ion sunfat điều kiện xung 60 3.4 So sánh khả giải phóng KLN từ hai điều kiện phong hóa bãi thải, quặng đuôi nghèo pyrit 62 KẾT LUẬN 70 TÀI LIỆU THAM KHẢO 71 MỞ ĐẦU Việt nam quốc gia có tiềm khai thác khoáng sản với khoảng 5000 mỏ quặng 60 loại khoáng sản khác Tuy nhiên, việc khai thác nhiều bất cập trình độ quản lý, ý thức ngƣời, công nghệ khai thác non lạc hậu nên để lại hệ lụy xấu cho môi trƣờng Đa số mỏ khai thác bán thủ công, lấy phần quặng giàu, bỏ toàn phần quặng nghèo khoáng sản Đây nguyên nhân làm ô nhiễm nghiêm trọng môi trƣờng tự nhiên hệ sinh thái, mà điển hình khu vực quanh bãi chứa đất đá thải quặng đuôi- lƣợng chất thải rắn khổng lồ mang theo nhiều kim loại nặng (KLN), dòng thải lỏng mang tính axit tác nhân hóa học thải vào môi trƣờng Trong KLN, có số nguyên tố cần thiết cho sinh vật ngƣỡng nồng độ tới hạn nhƣ Cu, Zn, Mn, Mo…; đa số với đặc tính bền vững môi trƣờng có khả gây độc liều lƣợng thấp tích lũy lâu dài chuỗi thức ăn Tuy nhiên khả gây độc KLN hoàn toàn phụ thuộc vào trạng thái tồn chúng Nhiều nƣớc giới nhƣ Đức, Anh, Pháp thành lập đồ địa hóa nguyên tố độc hại diện tích khai thác mỏ, có tập trung đông dân, chăn nuôi trồng trọt hoa màu, ăn Ở Việt Nam nghiên cứu vấn đề hầu nhƣ chƣa có, nhƣng chứng tác động xấu tới sức khỏe ngƣời, hủy diệt làm suy thoái hệ sinh thái khu vực nhiều Một điểm “ nóng ” ô nhiễm môi trƣờng khai thác quặng kiện “làng ung thƣ Thạch Sơn” (Giáp lai, Thanh Sơn, Phú Thọ) [6,15] Ngoài tác động đến sức khỏe ngƣời ô nhiễm từ khai thác chế biến khoáng sản, phát thấy tồn lƣu KLN sản phẩm chè trồng vùng mỏ thiếc huyện Đại Từ, tỉnh Thái Nguyên [16], Môi trƣờng nhiều điểm nhƣ mỏ kẽm, chì Làng Hích (Thái Nguyên), mỏ đồng Sinh Quyền (Lào Cai), khai trƣờng nhà máy xi măng Bút Sơn, Bỉm Sơn, Tam Điệp bị ô nhiễm nặng nề Nồng độ KLN nhƣ đồng, chì, kẽm, sắt… nguồn nƣớc tiếp nhận xung quanh nhiều điểm mỏ cao mức cho phép nhiều lần (từ 1,5 đến lần) [1] Ngoài ra, số khu vực có khả hình thành dòng thải axit mỏ khai thác quặng sunfua chất độc tồn dƣ quặng thải [5] Chính vậy, đề tài “Nghiên cứu khả giải phóng số kim loại nặng từ bãi thải, quặng đuôi nghèo pyrit (FeS2)” đƣợc lựa chọn nhằm mục đích: - Nghiên cứu khả phong hóa giải phóng KLN từ quặng đuôi nghèo FeS2 môi trƣờng điều kiện ngập nƣớc xung (thấm đợt) nƣớc - Nghiên cứu yếu tố ảnh hƣởng đến trình phong hóa trình tƣơng tác biến đổi nhƣ chuyển hóa sản phẩm sau phong hóa Trên sở đề xuất biện pháp quản lý để giảm thiểu tác động việc khai thác khoáng đến môi trƣờng, hệ sinh thái nói chung sức khỏe ngƣời nói riêng Chƣơng TỔNG QUAN 1.1 Khoáng vật sunfua 1.1.1 Đặc điểm chung khoáng vật sunfua [12] Hiện nay, số lƣợng khoáng vật sunfua hợp chất tƣơng tự đƣợc tìm thấy lên tới 350 loại Theo tính toán Vernadsky, chúng chiếm 0,15% trọng lƣợng toàn vỏ Trái đất Các kim loại đặc trƣng khoáng sunfua Fe, Cu, Pb, Zn, Sb, Ag, Bi, Co, Ni, Fe thƣờng chiếm tỷ trọng lớn Một số kim loại sunfua thƣờng có số phối trí 6, nhƣ Fe khoáng vật pyrotin Fe1-nS; số khác có số phối trí nhƣ Pb galenit PbS hay As, Sb, Bi thƣờng có số phối trí 3; Hg, Cu, Ag có số phối trí 4, có số phối trí (trong trƣờng hợp tạo nên mạch xoắn) Trong sunfua tồn liên kết cộng hoá trị - phân tử, nguyên tố thƣờng có số phối trí, ví dụ realgar (As4S4) Sunfua hợp chất đơn giản, nhƣng tạo thành hợp chất kép hợp chất chứa nhiều nguyên tố khác gọi sulfo – muối nhƣ số khoáng vật sunfua dƣới đây: Sunfua kép Sulfo – muối Covelin Cu2S.CuS2 Pyrargyrit Ag3SbS3 Chalcopyrit Cu2S.Fe2S3 Burnonit PbCuSbS3 Trong số sunfua, lƣu huỳnh bị nung nóng nhƣ pyrit (FeS2), arsenopyrit (FeAsS) Vernadsky coi khoáng vật hợp chất H2S2 Đa số khoáng vật sunfua kết tinh hệ tinh thể hạng cao, trừ số khoáng vật sulfo – muối kết tinh hệ tinh thể hạng thấp Khoáng vật sunfua thƣờng có dạng tinh thể đẹp, đặc biệt sunfua disunfua sắt, niken, coban, kẽm chì Các loại sulfo - muối sunfua nguyên tố bán kim loại thƣờng có dạng tập hợp hạt, sợi, vảy Các sunfua thƣờng gặp đa phần loại song tinh đa hợp, liên tinh song song, liên tinh khoáng vật khác nhƣ liên tinh pyrit – marcasit, tetrahedrit – sphalerit, tetrahedrit – chalcopyrit Hầu hết khoáng vật sunfua có màu đặc điểm để xác định khoáng vật Các sunfua coban, niken (ít Fe) có màu trắng bạc xám trắng Sunfua sắt (ít Cu) có màu vàng Sunfua bạc, chì có màu xám chì Sunfua thuỷ ngân có màu đỏ đặc trƣng Trong thành phần khoáng vật sunfua có Cu2+ có màu xanh, tím đỏ… Khoáng vật sunfua thƣờng không suốt Tuy nhiên có khoáng vật suốt, nhƣng chiếm lƣợng không đáng kể nhƣ sphelarit, cinabar, realgar, auripigment… Đa số khoáng vật sunfua có liên kết cộng hoá trị – kim loại có ánh kim, tính dẫn điện cao, có tính bán dẫn Sunfua có cấu trúc lớp, cấu trúc dải có độ cứng thấp từ – 2,5 Sunfua đơn với cấu trúc phối trí có độ cứng trung bình từ – Còn disunfua hợp chất tƣơng tự có độ cứng từ – 6,5 Sunfua đơn với mối liên kết cộng hoá trị, cấu trúc phối trí (sphalerit), cấu trúc mạch (cinabar), mối liên kết phân tử, cấu trúc lớp (auripigment), mối liên kết phân tử, cấu trúc đảo (realgar) cấu trúc đảo (proustit) có ánh kim cƣơng, bán suốt, có màu rực rỡ, tính giòn cao, độ cứng từ thấp đến trung bình Đa số khoáng vật có tỉ trọng cao (tới 8,5), trừ sunfua arsen Sunfua chủ yếu có nguồn gốc nhiệt dịch Điều chứng tỏ KLN đƣợc di chuyển dƣới dạng chất bốc Khi nhiệt độ áp suất hạ thấp chúng tạo nên nhiệt dịch từ kết tinh sunfua Thực nghiệm chứng minh KLN di chuyển dƣới dạng hợp chất phức tạp với Cl, F, Br… Ngoài ra, sunfua đƣợc thành tạo trình magma, điều kiện ngoại sinh, đới làm giàu sunfua thứ sinh trầm tích Sunfua có mặt thiên thạch đá Mặt Trăng Trong điều kiện mặt đất, sunfua hợp chất tƣơng tự chúng không bền vững dễ bị phá huỷ 1.1.2 Quặng pyrit sắt 1.1.2.1 Giới thiệu Pyrit hay pyrit sắt khoáng vật disunfua sắt với công thức hóa học FeS2 pyrit khoáng vật phổ biến khoáng vật sunfua thƣờng có mwatj nhiều khoáng vật sunfua Pyrit có ánh kim sắc vàng đồng từ nhạt tới thông thƣờng khoáng vật tạo nên tên hiệu riêng “vàng kẻ ngốc” trông tƣơng tự nhƣ vàng Pyrit khoáng vật phổ biến khoáng vật sulfua Tên gọi pyrit bắt nguồn từ tiếng Hy Lạp πσρίτης (puritēs) nghĩa “của lửa” hay "trong lửa”, từ πύρ (pur) nghĩa “lửa” Tên gọi có lẽ tia lửa đƣợc tạo pyrit va đập vào thép hay đá lửa Tính chất làm cho pyrit trở thành phổ biến sử dụng để làm chế đánh lửa bánh xe dạng súng cổ Pyrit đƣợc tạo thành trình địa chất khác nhau: magma, nhiệt dịch, trầm tích, biến chất Trong đới oxy hóa, pyrit không bền vững, biến đổi thành limonit Trong trƣờng hợp này, lƣu huỳnh tham gia vào tạo thành thạch cao sulfua Thƣờng hay gặp giả hình limonit theo pyrit Những mũ sắt mỏ quặng thƣờng đƣợc tạo thành phá hủy sulfua, chủ yếu pyrit Pyrit thông thƣờng đƣợc tìm thấy dạng gắn liền với sulfua hay ôxít khác mạch thạch anh, đá trầm tích, đá biến chất nhƣ tầng than, vai trò khoáng vật thay hóa thạch Mặc dù có tên hiệu “vàng kẻ ngốc”, nhƣng lƣợng nhỏ vàng đƣợc tìm thấy quặng chứa khoáng vật Vàng asen xuất nhƣ thay kèm cấu trúc pyrit Tại khu trầm tích vàng Carlin, Nevada, pyrit asen chứa tới 0,37 % theo trọng lƣợng vàng [4] Pyrit chứa vàng loại quặng vàng có giá trị Trong thực tế, pyrit hay bị nhầm lẫn với khoáng vật marcasit (mà tên gọi có nguồn gốc từ tiếng Ả Rập để pyrit), đặc trƣng tƣơng tự chúng Marcasit dạng đa hình pyrit, nghĩa có công thức nhƣ pyrit nhƣng khác cấu trúc khác biệt hình dáng tinh thể tính đối xứng Tuy nhiên, trạng thái ôxi hóa hình thức giống nhƣ pyrit nguyên tử lƣu huỳnh xuất cặp tƣơng tự nhƣ persulfua [7] Marcasit/pyrit có lẽ cặp đa hình phổ biến bậc sau cặp kim cƣơng/graphit (than chì) Bề marcasit có ánh bạc nhiều pyrit chút Pyrit thông thƣờng đƣợc dùng nghề kim hoàn mỹ nghệ để làm chuỗi hạt hay vòng đeo tay [các viên đá nhỏ đƣợc đánh bóng tạo mặt, đƣợc dát vào bạc thật (100%) hay bạc sterling (chứa 92,5% bạc 7,5% kim loại khác)] 1.1.2.2 Thành phần hóa học, cấu trúc đặc tính vật lý Thành phần hóa học pyrit dao động, nhƣng thông thƣờng là: Fe – 46,6%; S – 53,4% Pyrit thƣờng chứa tạp chất đồng hình As, Co, Ni, Au, Ag, Cu tồn dạng phi bào thể Cấu trúc tinh thể kiểu NaCl, vị trí nguyên tử clo đƣợc thay (S2)2-, phân bố dọc theo trục bậc 3, ion Fe(II) tâm hình mặt Pyrit thƣờng có dạng hạt, dạng khối đặc sít Trong thực tế, pyrit thƣờng xuất dƣới dạng khối lập phƣơng, có mặt nhƣ tinh thể đẳng cực Các mặt lập phƣơng có sọc (các đƣờng song song mặt tinh thể hay mặt cát khai), kết xen kẽ khối lập phƣơng với mặt diện pyrit Pyrit hay xuất dƣới dạng tinh thể bát diện dạng diện pyrit (hình thập nhị diện với mặt ngũ giác); Nó có mặt gãy không concoit, ánh kim, hệ số phản xạ 53%, độ cứng Mohs khoảng 6–6,5, tỷ trọng riêng khoảng 4,95–5,10 [2] Pyrit giòn nhận dạng thực địa có mùi đặc trƣng để phân biệt, đƣợc giải phóng mẫu vật bị tán nhỏ; Không hòa tan HCl, hòa tan HNO3 dạng bột dễ bị hòa tan dạng cục 1.1.2.3 Một số mỏ pyrit sắt Việt Nam Pyrit nguyên liệu để lấy lƣu huỳnh sản xuất axit sunfuric cần cho nhiều ngành công nghiệp, ngành sản xuất phân lân chiếm lƣợng lớn Ngoài việc điều chế axit sulfuric, xỉ từ quặng pyrit sử dụng nhƣ quặng sắt hàm lƣợng Fe đạt đến 60 ÷ 62% dƣới dạng Fe2O3; tức 100 kg pyrit sau đốt cháy phải cho khoảng 68-73 kg xỉ Xỉ pyrit dùng để điều chế muối sunfat clorua sử dụng cho ngâm gỗ (thanh tà vẹt đƣờng sắt) sử dụng nhƣ chất hấp phụ cho xử lý dòng thải khí từ lò 10 Nồng độ Mn, Co, Ni, As, Cd, Cr (ppb) 1800 1600 1400 Mn 1200 Co 1000 Ni 800 As 600 Cd 400 Cr 200 10 11 12 14 15 16 17 18 19 21 22 23 Ngày Hình 8b Biến thiên nồng độ kim loại Mn, Co, Ni, As, Cd, Cr điều kiện xung 57 Bảng 10 Biến thiên pH nồng độ KLN điều kiện xung ngày Mn Fe Co Ni Cu Zn As Cd Pb Cr pH pha pH ppb mg/l ppb ppb mg/l mg/l ppb ppb mg/l ppb nƣớc mẫu 71,6 0,926 13,59 34,50 3,84 2,09 KPH 17,39 1,17 61,34 6,5 5,3 92,9 1,10 16,58 39,65 4,23 2,43 KPH 22,29 1,32 63,36 6,3 5,1 103,7 1,609 19,88 44,59 7,71 3,69 0,68 28,83 1,90 67,83 6,2 4,8 108,7 1,798 23,74 47,86 9,97 4,18 0,94 34,17 2,36 69,13 6,0 4,7 117,2 1,971 24,03 49,41 12,58 5,45 1,45 40,71 2,49 108,35 5,9 4,5 200,3 3,672 37,89 53,58 27,89 11,56 7,86 85,12 4,23 116,24 5,7 3,8 175,1 3,371 33,61 50,25 25,81 10,15 6,52 77,03 4,01 112,22 5,5 4,0 187,0 4,471 35,76 58,38 26,01 10,34 8,97 79,34 4,09 114,32 5,4 3,9 10 191,2 4,750 38,04 89.50 26,17 10,50 16,56 81,24 4,16 115,29 5,3 3,8 11 198,7 6,782 39,54 92,00 29,13 11,47 17,76 86,79 4,24 115,98 5,1 3,7 12 204,0 8,193 40,14 124,64 32,07 12,15 18,32 99,51 4,62 117,07 5,0 3,6 14 318,3 8,700 62,22 112,14 65,74 21,28 19,01 158,62 7,05 126,18 4,7 3,3 15 250,5 11,03 58,66 123,67 58,09 18,58 19,96 141,16 6,08 125,61 4,5 3,5 58 16 298,9 19,871 69,89 156,89 70,28 21,16 21,46 157,69 6,34 125,73 4,2 3,3 17 354,4 36,283 107,38 160,31 92,96 26,26 26,18 204,72 6,73 125,84 4,0 3,2 18 484,7 90,971 189,12 212,43 120,26 35,36 46,24 271,42 5,88 125,92 3,8 3,1 19 687,3 112,698 223,56 256,78 131,3 38,64 50,64 342,12 4,63 127,61 3,6 3,0 21 1565 555,06 663,71 381,68 277,97 95,69 326,08 740,08 3,71 285,08 3,5 1,9 22 614,3 232,62 303,74 344,74 136,55 48,53 90,84 381,54 1,65 171,52 3,3 2,1 23 983,21 456,98 498,78 354,12 234,12 60,73 126,98 467,89 1,43 212,34 3,1 2,1 59 Cùng với trình tăng nồng độ ion kim loại pH pha nƣớc giảm dần pH giảm giảm mạnh hai nguyên nhân sau: Thứ nhất: Trong trình phong hoá, xảy trình oxi hoá pyrit cộng sinh với chalcopyrit tạo lƣợng H+ đáng kể vào pha nƣớc Chính lƣợng H+ góp phần làm cho pH giảm dần nồng độ ion kim loại tăng dần Thứ hai: Các KLN nƣớc xảy trình thuỷ phân sau Mn+ + H2O ↔ M(OH)(n-1)+ + H+ M(n-1)+ + H2O ↔ M(OH)2(n-2)+ + H+ ……………………………………………… M(OH)n-1+ + H2O ↔ M(OH)n + H+ Trong trình thực thí nghiệm, theo thời gian pH giảm dần làm cho lƣợng Fe(OH)3 giảm dần Do giải phóng kim loại bị hấp phụ Fe(OH)3 Mặt khác, pH giảm khả phong hoá quặng mạnh nên hàm lƣợng ion kim loại tăng Do đó, lƣợng ion kim loại tăng dần làm cho phản ứng chuyển dịch sang phải làm cho nồng độ H+ tăng Vì vậy, pH dung dịch giảm Khi nồng độ ion kim loại lớn pH giảm mạnh, giảm xuống 2,1 3.3.2 Sự biến thiên nồng độ ion sunfat điều kiện xung Cùng với biến đổi nồng độ kim loại, nồng độ anion SO42- biến đổi theo thời gian Kết đƣợc biểu thị bảng 11 hình Bảng 11 Biến thiên nồng độ ion sunfat điều kiện xung Ngày pH SO42- (mg/l) 5,3 312 5,1 325 4,8 338 4,7 345 4,5 350 60 3,8 373,75 4,0 384 3,9 389 10 3,8 389 11 3,7 399 12 3,6 486,75 14 3,3 533 15 3,5 466,25 16 3,3 553,5 17 3,2 630,75 18 3,1 923,75 19 3,0 1024 21 1,9 2440 22 2,1 1289 23 2,1 1637 Kết cho thấy biến thiên nồng độ sunfat tuân theo quy luật nhƣ biến thiên nồng độ kim loại pH Điều hoàn toàn phù hợp với lý thuyết trình phong hóa điều kiện xung lộ thiên, có mặt oxy nƣớc trình oxyhóa quặng sunfua tạo thành axit sunfuaric muối sunfat Sự oxyhóa kéo dài (lộ thiên, thời gian dài), axit sinh nhiều nồng độ ion sunfat tăng, kim loại bị rửa rũa môi trƣờng nhiều Quá trình giải phóng kim loại giảm pH tiếp diễn quặng pyrit bị phong hóa hết 61 pH, nồng độ sulfat (mg/l) 3000 2500 2000 pH Sulfat 1500 1000 500 10 11 12 14 15 16 17 18 19 21 22 23 Ngày Hình Biến thiên nồng độ ion sunfat điều kiện xung 3.4 So sánh khả giải phóng KLN từ hai điều kiện phong hóa bãi thải, quặng đuôi nghèo pyrit Trên sở kết nghiên cứu hai điều kiện phong hoá quặng pyrit ngập nƣớc xung nƣớc, sử dụng số liệu 22 ngày đầu để so sánh khả giải phóng kim loại từ hai điều kiện phong hoá cho số liệu nhƣ sau: * Đồng Ngày 10 12 14 16 22 Ngập nƣớc 0,917 44,99 32,18 13,04 9,87 3,43 1,05 Xung 4,23 25,81 26,17 32,07 65,74 70,28 136,55 Điều kiện 62 160 Nồng độ (mg/l) 140 120 100 Ngập nước 80 Xung 60 40 20 10 12 14 16 22 Ngày Hình 10 Biến thiên nồng độ Cu điều kiện ngập nước xung * Sắt Ngày 10 12 14 16 22 Ngập nƣớc 2.911 31,75 35,67 24,37 19,35 19,21 18,15 Xung 1,1 3,371 4,75 8,193 8,7 19,87 232,62 Điều kiện 250 Nồng độ (mg/l) 200 150 Ngập nước 100 Xung 50 10 12 14 16 22 Ngày Hình 11 Biến thiên nồng độ sắt điều kiện ngập nước xung 63 * Kẽm Ngày 10 12 14 16 22 Ngập nƣớc 0,645 21,68 16,91 9,267 6,34 4,12 3,448 Xung 2,43 10,15 10,5 12,15 21,28 21,16 48,53 Điều kiện 60 Nồng độ (mg/l) 50 40 Ngập nước 30 Xung 20 10 10 12 14 16 22 Ngày Hình 12 Biến thiên nồng độ kẽm điều kiện ngập nước xung * Chì Ngày 10 12 14 16 22 Ngập nƣớc 0,276 3,129 2,981 1,502 1,231 0,734 0,736 Xung 1,32 4,01 4,16 4,62 7,05 6,34 1,65 Điều kiện 64 Nồng độ (mg/l) Ngập nước Xung 2 10 12 14 16 22 Ngày Hình 13 Biến thiên nồng độ chì điều kiện ngập nước xung * Mangan Ngày 10 12 14 16 22 Ngập nƣớc 76,95 435,07 411,27 356,49 312.,6 209,13 169,7 Xung 92,9 175,1 191,2 204 318,3 298,9 614,3 Điều kiện 700 Nồng độ (ppb) 600 500 400 Ngập nước 300 Xung 200 100 10 12 14 16 22 Ngày Hình 14 Biến thiên nồng độ mangan điều kiện ngập nước xung * Coban Ngày Điều kiện Ngập nƣớc Xung 10 12 14 16 22 3,54 16,58 83,16 33,61 56,78 38,04 32,84 40,14 27,85 62,22 13,88 69,89 12,48 303,74 65 350 Nồng độ (ppb) 300 250 200 Ngập nước 150 Xung 100 50 10 12 14 16 22 Ngày Hình 15 Biến thiên nồng độ coban điều kiện ngập nước xung * Niken Ngày 10 12 14 16 22 Ngập nƣớc 59,38 57,32 57,01 56,93 40,12 36,78 15,67 Xung 39,65 50,25 89,50 124,64 112,14 156,89 344,74 Điều kiện 400 Nồng độ (ppb) 350 300 250 Ngập nước 200 Xung 150 100 50 10 12 14 16 22 Ngày Hình 16 Biến thiên nồng độ niken điều kiện ngập nước xung * Asen Ngày Điều kiện Ngập nƣớc Xung 10 12 14 16 22 10,71 KPH 9,11 6,52 8,96 16,56 8,74 18,32 7,65 19,01 7,5 21,46 6,12 90,84 66 Nồng độ (ppb) 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 Ngập nước Xung 10 12 14 16 22 Ngày Hình 17 Biến thiên nồng độ Asen điều kiện ngập nước xung * Cadimi Ngày 10 12 14 16 22 Ngập nƣớc 7,21 165,4 140,2 64,9 40,5 28,7 24,6 Xung 22,29 77,03 81,24 99,51 158,62 157,69 381,54 Điều kiện 450 Nồng độ (ppb) 400 350 300 Ngập nước 250 200 Xung 150 100 50 10 12 14 16 22 Ngày + Hình 18 Biến thiên nồng độ cadmi điều kiện ngập nước xung 67 * Crom Ngày 10 12 14 16 22 Ngập nƣớc 117,6 113,79 110,34 107,24 105,93 105.,4 109,25 Xung 63,36 112,22 115,29 117,07 126,18 125,73 171,52 Nồng độ (ppb) Điều kiện 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 Ngập nước Xung 10 12 14 16 22 Ngày Hình 19 Biến thiên nông độ crom điều kiện ngập nước xung Nhìn vào biểu đồ dạng cột dùng để so sánh nồng độ nguyên tố biến thiên trình phong hoá quặng nhận thấy rằng: - Nồng độ ion kim loại điều kiện ngập nƣớc giảm dần theo thời gian, điều kiện xung tăng dần theo thời gian Do đó, trình khai thác quặng, quặng nghèo quặng đuôi, sau đƣợc tinh chế, nên cho vào hồ ngập nƣớc khả gây ô nhiễm môi trƣờng so với để lộ thiên Vì để bãi thải, quặng đuôi nghèo lộ thiên khả phong hoá quặng mạnh (do tiếp xúc mạnh với oxi), đặc biệt vùng có mƣa axit khả phong hoá quặng mạnh nhanh hơn, gây ô nhiễm môi trƣờng nhiều - Sự oxi hoá Fe2+ lên Fe3+ thuỷ phân Fe3+ thành Fe(OH)3 phụ thuộc nhiều vào pH Ở điều kiện ngập nƣớc, pH cao nên Fe(OH)3 tạo nhiều, hấp phụ mạnh ion kim loại làm cho nồng độ ion kim loại pha nƣớc giảm 68 Trong đó, điều kiện xung (thấm nƣớc), pH giảm dần làm cho lƣợng Fe(OH)3 giảm nên giải phóng ion kim loại bị hấp phụ Mặt khác, pH giảm dần khả phong hoá quặng mạnh nên nồng độ ion kim loại tăng Do đó, nồng độ ion kim loại pha nƣớc điều kiện xung (thấm nƣớc) cao điều kiện ngập nƣớc Ở điều kiện ngập nƣớc, Fe(OH)3 tạo thành cột thí nghiệm hấp phụ ion kim loại, đồng thời Fe(OH)3 tạo thành bao hạt quặng làm giảm khả oxi hoá quặng nên pH tăng dần Trong đó, điều kiện xung khả phong hoá quặng mạnh tiếp xúc mạnh với oxi làm cho nồng độ kim loại tăng dần, pH giảm dần 69 KẾT LUẬN Quá trình nghiên cứu mô hình phòng thí nghiệm để mô khả giải phóng kim loại từ bãi thải, quặng đuôi nghèo pyrit, rút kết luận sau: Mặc dù không hoàn toàn giống nhƣ tự nhiên - trình phong hóa chịu tác động đa chiều, phức tạp điều kiện môi trƣờng, nhƣng phong hoá hóa học quặng đƣờng giải phóng kim loại vào môi trƣờng nƣớc nguyên nhân gây ô nhiễm môi trƣờng Khả chuyển hoá từ sắt(II) lên sắt (III) khả thuỷ phân sắt(III) thành sắt(III)hydroxit đóng vai trò quan trọng, mang tính định việc giải phóng KLN asen vào môi trƣờng nƣớc Song song với trình giải phóng kim loại từ quặng trình chuyển hoá sunfua thành ion sunfat Khi thực trình phong hoá kim loại điều kiện ngập nƣớc khả giải phóng kim loại giảm dần theo thời gian tạo thành sắt(III) hydroxit Đồng thời phụ thuộc vào pH môi trƣờng nồng độ số anion nhƣ photphat Đặc biệt, asen nguyên tố gây ô nhiễm môi trƣờng ảnh hƣởng đến sức khoẻ ngƣời (có thể gây ung thƣ) đƣợc giải phóng mạnh pha nƣớc có mặt ion photphat khả hấp phụ cạnh tranh pH giảm dần nồng độ ion kim loại đƣợc giải phóng từ quặng điều kiện xung tăng dần theo thời gian Đặc biệt, pH pha nƣớc giảm mạnh khả giải phóng kim loại tăng mạnh Nghiên cứu hai điều kiện ngập nƣớc thấm nƣớc (xung nƣớc) kết cho thấy nồng độ ion KLN điều kiện xung cao nhiều so với điều kiện ngập nƣớc, đồng thời pH điều kiện xung giảm đặn xuống đến 2,1 nhƣng điều kiện ngập nƣớc pH mẫu tăng dần Do đó, để giảm thiểu ô nhiễm KLN từ quặng đuôi thải quặng nghèo nên lƣu trữ, bảo quản quặng đuôi thải quặng nghèo ao, hồ ngập nƣớc 70 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Nguyễn Văn Bình nnk, Đánh giá ô nhiễm kim loại quặng nƣớc sông suối khu vực mỏ khai thác chế biến khoáng sản- vấn đề giảm thiểu phòng chống Tuyển tập báo cáo Khoa học Hội nghị môi trường toàn quốc 2005 Nguyễn Thị Kim Dung (2011), Nghiên cứu trình ô nhiễm asen mangan nước tác động môi trường oxi hoá khử tự nhiên ứng dụng xử lý chúng nguồn, Luận án tiến sĩ Hoá học, Đại học Quốc gia Hà Nội Hồ Sĩ Giao, Mai Thế Toàn (2011), Những điểm nóng môi trường hoạt động khai thác mỏ Việt Nam, Hội nghị khoa học kỹ thuật mỏ quốc tế 2010 Trần Tứ Hiếu,Nguyễn Văn Nội (2008), Cơ sở Hoá học môi trường, Đại học Quốc gia Hà Nội Lê Đăng Hoan nnk, Dòng Thải axit khai thác quặng sunfua Tạp chí Công nghiệp mỏ số 5, 1998 Lê Đăng Hoan, Nguyễn Thúy Lan (1999), Ngăn ngừa giảm thiểu tác động dòng thải axit trình khai thác mỏ, Tạp chí Công nghiệp mỏ No 3,1999 Phạm Ngọc Hồ-Đồng Kim Loan-Trịnh Thị Thanh (2010), Giáo trình sở môi trường nước, Nhà xuất giáo dục Việt Nam Đặng Đình Kim nnk (2011), Nghiên cứu sử dụng thực vật để cải tạo đất bị ô nhiễm kim loại nặng vùng khai thác khoáng sản, đề tài cấp Nhà Nƣớc KC08.04/06-10 Ngô Đức Minh nnk (2005), Hàm lượng kim loại nặng (As, Cd, Cu, Pb, Zn) đất nông nghiệp mối quan hệ với tích lũy gạo Thạch Sơn- Lâm Thao- Phú Thọ, Dự án SAREC REF/SWE 71 ... thác quặng sunfua chất độc tồn dƣ quặng thải [5] Chính vậy, đề tài Nghiên cứu khả giải phóng số kim loại nặng từ bãi thải, quặng đuôi nghèo pyrit (FeS2) đƣợc lựa chọn nhằm mục đích: - Nghiên cứu. .. bãi thải, quặng đuôi nghèo pyrtit điều kiện xung 55 3.3.2 Sự biến thiên nồng độ ion sunfat điều kiện xung 60 3.4 So sánh khả giải phóng KLN từ hai điều kiện phong hóa bãi thải, quặng đuôi. .. 3.1.2 Khảo sát ảnh hƣởng nồng độ ion sắt(II) đến khả cố định số kim loại nặng Zn, Cu, Pb, As, Cd, Mn 40 3.1.3 Kết khảo sát ảnh hƣởng pH đến khả kết tủa hydroxit Fe(III) cộng kết số kim loại

Ngày đăng: 15/12/2016, 09:52

Từ khóa liên quan

Tài liệu cùng người dùng

  • Đang cập nhật ...

Tài liệu liên quan