- NGHIÊN CỨU, ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG GÂY Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG CỦA XỈ THẢI PIRIT TỪ QUÁ TRÌNH SẢN. - Chuyên ngành: Hóa Môi trường Mã số: 60440120. - 1.1 Tổng quan về pirit và xỉ thải pirit 2. - 1.1.2 Xỉ thải pirit 3. - Các quá trình vận chuyển kim loại nặng từ pirit và xỉ thải pirit vào môi trường. - Sự phơi nhiễm và tác động của các kim loại nặng trong pirit vàxỉ thải pirit lên con người. - Tình trạng ô nhiễm xuất phát từ xỉ thải pirit trên Thế Giới và Việt Nam. - Đối tượng nghiên cứu 16. - Mục tiêu nghiên cứu 16. - Phương pháp nghiên cứu các dạng hòa tan và hấp phụ của asen 16 2.4. - Danh mục hóa chất, thiết bị cần cho nghiên cứu 19. - Phương pháp khối phổ cảm ứng cộng hưởng plasma (ICP-MS) phân tích các kim loại nặng. - Quy trình chiết các dạng hòa tan và hấp phụ của asen lên xỉ pirit 21. - Hình 1.1: Ô nhiễm môi trường gây ra từ việc khai thác quặng pirit 15 Hình 3.1: Đồ thị biểu diễn giá trị pH và hàm lượng sắt trong dịch chiết. - Hình 3.2: Đồ thị biểu diễn sự biến đổi hàm lượng asen và sắt theo thể. - Hình 3.3: Đồ thị biểu diễn hàm lượng sắt và asen trong quá trình chiết xỉ. - Hình 3.4: Đồ thị biểu diễn sự biến đổi hàm lượng sắt và asen trong quá. - Hình 3.5: Đồ thị biểu diễn sự biến đổi nồng độ sắt và asen theo thể tích. - Danh mục thiết bị, hóa chất cần thiết cho nghiên cứu 19 Bảng 2.2. - Các tác nhân sử dụng cho quá trình chiết các pha liên kết của. - asen trong xỉ pirit 22. - Hàm lượng sắt và asen khi chiết xỉ bằng nước cất 23 Bảng 3.2. - Hàm lượng sắt và asen trong quá trình chiết xỉ với axit. - Hàm lượng sắt và asen trong quá trình chiết xỉ với amoni. - Hàm lượng sắt và asen trong quá trình chiết xỉ bằng NaHCO 3. - Hàm lượng sắt và asen trong dịch chiết với axit nitric 65% 30. - Hàm lượng asen chiết ra từ các pha 31. - Ô nhiễm môi trường đang trở thành hiểm họa đối với đời sống của sinh giới và cả đối với con người ở bất kỳ phạm vi nào, từ quốc gia, khu vực đến toàn cầu. - Ô nhiễm môi trường là sản phẩmcủa quá trình công nghiệp hóa và đô thị hóa diễn ra trên 200 năm nay. - Theo khảo sát sơ bộ, bãi xỉ thải pirit của Công tyCổ phần Supe Phốt phát và Hóa chất Lâm Thao theo năm tháng đã lên tới hàng vạn tấn. - Trong quặng pirit ngoài thành phần chính là FeS 2 còn có chứa các kim loại nặng độc hại như Mn, Pb, As…Khi đốt quặng pirit làm ô nhiễm môi trường đất, nước, không khí xung quanh. - Xỉ thải bỏ sau khi đốt pirit để lấy SO 2 để sản xuất axit sunfuric được đổ ra môi trường sẽ là nguồn gây ô nhiễm tiềm tàng cho môi trường nước và đất.. - Việc nghiên cứu khả năng gây ô nhiễm môi trường từ xỉ thải pirit đến môi trường và sức khỏe con người là một yêu cầu cấp thiết không chỉ về mặt khoa học mà còn là vấn đề an sinh xã hội. - Chính vì những lý do trên, chúng tôi đã lựa chọn thực hiện đề tài: Nghiên cứu, đánh giá khả năng gây ô nhiễm môi trường của xỉ thải pirit từ quá trình sản xuất sunfuric.Trong luận văn này, chúng tôi đi sâu nghiên cứu khả năng hấp phụ, dạng và hình thái hấp phụ của asen lên xỉ thải pirit, từ đó đánh giá khả năng gây ô nhiễm môi trường khi lượng asen có mặt trong xỉ pirit giải phóng ra môi trường.. - Tổng quanvề pirit và xỉ thải pirit. - Pirit hay pirit sắt, là khoáng vật disulfua sắt với công thức hóa học FeS 2 . - Trong thành phần của pirit đôi khi chứa một lượng nhỏ vàng. - Pirit bị lộ thiên ra ngoài không khí trong quá trình khai thác mỏ và khai quật sẽ phản ứng với ôxy và nước để tạo thành sulfat, gây ra sự thoát nước mỏ axít. - Quá trình axít hóa này còn tạo ra từ phản ứng của vi khuẩn chi Acidithiobacillus, các dạng vi khuẩn tìm kiếm nguồn năng lượng của chúng bằng cách ôxi hóa các ion Fe 2+ thành các ion Fe 3+ với việc sử dụng ôxy như là tác nhân ôxi hóa. - Thành phần hóa học của pirit là: Fe – 46,6%. - Pirit thường chứa các kim loại nặng như As, Co, Ni, Cu, Cd, Pb, Hg, Cr. - Xỉ thải pirit. - Thành phần chính của xỉ thải pirit là Fe 2 O 3 , tuy nhiên trong xỉ còn chứa một lượng FeS 2 chưa được đốt cháy. - Theo các tài liệu tham khảo, trong xỉ thải pirit còn chứacác nguyên tố kim loại nặng khác như chì, asen, đồng, kẽm, cadimi…[8].. - Xỉ pirit dùng trong quá trình nghiên cứu của luận văn được lấy tại bãi thải của Công ty Cổ phần Supe Phốt phát và Hóa chất Lâm Thao.. - Theo kết quả nghiên cứu cho thấy xỉ thải pirit của Công ty Cổ phần Supe Phốt phát và Hóa chất Lâm Thao chứa một lượng lớn As. - Theo thời gian chúng sẽ bị phát tán ra môi trường xung quang do hiện tượng rửa trôi và tích lũy trong lòng đất. - Quá trình biến đổi và phân hủy này được gọi là quá trình phong hoá. - Có ba loại phong hoá:. - Phong hóa hóa học: gây ra bởi hàng loạt các quá trình hóa học như hòa tan, kết tủa, hấp phụ, nhả hấp phụ, tạo phức…. - Phong hóa sinh học: gây ra do quá trình thay đổi hệ thống sinh học bao gồm cả động, thực vật.. - Các quá trình phong hoá liên quan mật thiết và hỗ trợ cho nhau, tuỳ điều kiện cụ thể mà một trong 3 quá trình xảy ra mạnh hơn.. - Luận văn này trình bày sâu về dạng phong hóa hóa học.. - Khác với quá trình phong hoá vật lý, quá trình phong hoá do tác dụng của các tác nhân hoá học có thể làm cho thành phần hoá học của pirit thay đổi. - huỷ, thay đổi về hình dạng, kích thước, thành phần và tính chất hoá học. - Có thể nói, phong hoá hoá học chính là các phản ứng hoá học diễn ra do sự tác động của H 2 O, O 2 , CO 2 lên đá và khoáng vật.. - Quá trình phong hoá hoá học được chia thành các quá trình chính là:. - Quá trình hoà tan, hydrat hóa: Xảy ra do một số đặc tính, nước có thể hoà tan một số chất có trong thành phần pirit. - Quá trình hoà tan phụ thuộc nhiều vào thành phần của pirit. - Đối với xỉpirit, theo các nghiên cứu, trong xỉpirit có chứa một lượng các muối tan của các kim loại Fe, As, Mn, Hg, Cu…, SO 2 , SO 3 …[4]. - Ngoài ra, khi nước chảy qua lớp xỉ làm cho pH môi trường xuống thấp do trong xỉ còn chứa một lượng SO 3 , quá trình thủy phân của một số ion kim loại và quá trình oxy hóa pirit tạo môi trường pH thấp hòa tan một số oxit, hydroxit. - Hàm lượng kim loại nặng giải phóng từ pirit vào môi trường trong hai quá trình rửa trôi trong điều kiện xung tích lũy và xung không tích lũy khác nhau.. - Sau đó là quá trình hidrat hóa, trong quá trình này các phân tử nước kết hợp với các khoáng vật không chứa nước để biến chúng thành dạng hydrat.. - Các hydrat được hình thành sau quá trình hydrat hóa thường có độ cứng thấp hơn và thể tích lớn hơn so với quặng, khoáng ở trạng thái bình thường. - Quá trình oxi hoá: Quá trình này phụ thuộc chặt chẽ vào sự xâm nhập của O 2 tự do trong không khí và O 2 hoà tan trong nước. - Không chỉ có các phản ứng hóa học mà còn có sự kết hợp của các phản ứng sinh hóa xảy ra.. - Quá trình oxi hoá làm cho thành phần pirit bị thay đổi. - nên khi gặp môi trường oxi hoá chúng dễ dàng chuyển thành các dạng có mức oxi hoá cao hơn.. - Nghiên cứu của José Miguel Nieto về quá trình oxy hóa pirit chỉ ra rằng quá trình oxy hoá phong hoá hoà tan pirit xảy ra theo phản ứng sau [14]:. - Các quá trình oxi hóa sunfua kim loại được thúc đẩy bởi sự có mặt của các vi khuẩn oxy hóa.. - KFe 3 (SO 4 ) 2 (OH) 6 + 3H 2 O Axit H 2 SO 4 và Fe 3+ được giải phóng ra trong quá trình oxi hoá sulfua sắt có thể tác dụng lên các khoáng vật sulfua khác và đẩy nhanh quá trình phân huỷ chúng theo phản ứng. - (M là các kim loại hoá trị hai: Cu, Pb, Zn...). - Vì vậy, khipirit bị oxi hoá, giải phóng H + làm tăng độ axit của môi trường. - Chính điều này sẽ làm nồng độ các kim loại nặng như Cu, Co, Zn, Pb, Cd… tăng.. - Asen có trong thành phần củapirit vì thế sau các quá trình phong hóa nó có thể được giải phóng đi vào các nguồn nước ngầm rồi sau đó phân tán vào đất và không khí. - Các khoáng vật chứa As có thể bị phân tán vào môi trường dưới các dạng khác nhau phụ thuộc vào vị trí, điều kiện môi trường nơi xảy ra các quá trình xói mòn, phong hóa và sau phong hóa. - Các dạng As(V) tạo thành này một phần tan vào trong nước và bị cuốn trôi đi, còn một phần còn lại bị giữ lại trên bề mặt quặng hoặc các loại hợp chất có khả năng hấp phụ As [12].. - Quá trình thứ tư của phong hóa hóa học là quá trình thủy phân xảy ra do sự thay thế của các ion kim loại bằng ion H + trong nước như quá trình thủy phân của Fe(III) tạo ra do sự oxy hóa Fe(II) tạo thành trong quá trình phong hóa các khoáng.. - Quá trình giải hấp phụ: Một số cation và anion hấp phụ lên bề mặt pirit và xỉ thải pirit sẽ bị giải hấp dưới các tác động của yếu tố môi trường như sự có mặt của các ion, pH. - Đây là quá trình ngược lại của quá trình hấp phụ lên bề mặt.. - Sự phơi nhiễm và tác động của các kim loại nặng trongpiritvà xỉ thải piritlên con người [1,5,7]. - Các dạng tồn tại của asen phụ thuộc vào điều kiện môi trường như pH, chất tạo phức, thế oxy hóa. - khử…Trong môi trường sinh thái, các dạng hợp chất As hoá trị (III) có độc tính cao hơn dạng hoá trị (V). - Môi trường khử là điều kiện thuận lợi để cho nhiều hợp chất As thì H 3 AsO 3 độc hơn H 3 AsO 4 . - Thế oxy hoá khử, độ pH của môi trường và Fe 3. - là những yếu tố quan trọng tác động đến quá trình oxy hoá - khử các hợp chất As trong tự nhiên.. - Trong quặng pirit hàm lượng asen dao động trong khoảng 100 – 77000 mg/kg. - Tuy nhiên, hầu hết các vấn đề asen trong môi trường là kết quả của sự lưu chuyển asen dưới các điều kiện tự nhiên. - 3- sẽ có phản ứng.. - Khi người bị nhiễm AsO 4 3- sẽ tham gia phản ứng thế PO 4 3. - Tóm lại, tác dụng độc của asen là do nó làm đông tụ protein, tác dụng với nhóm chức hoạt động – SH của enzym làm cho enzym bị thụ động hóa, mất hẳn khả năng hoạt động sinh hóa của enzym, phá hủy quá trình photphat hóa tạo ra ATP.. - 3- làm mất tác dụng độc của asen.. - Sắt là kim loại phổ biến nhất, đứng hàng thứ tư sau O, Si và Al. - Sắt là kim loại đã được biết đến từ thời cổ xưa, có lẽ nó có nguồn gốc vũ trụ. - Trịnh Khắc Hoàn (2012), Nghiên cứu đánh giá khả năng giải phóng kim loại nặng từ xỉ thải pyrit lộ thiên, Luận văn thạc sĩ Hoá học, Đại học Quốc gia Hà Nội.. - Phạm Ngọc Hồ, Đồng Kim Loan, Trịnh Thị Thanh (2010), Giáo trình cơ sở môi trường nước, Nhà xuất bản Giáo dục, Hà Nội.. - Nguyễn Thanh Huyền (2011), Nghiên cứu ứng dụng xỉ thải pirit của công ty Supe phốt phát và hóa chất Lâm Thao làm vật liệu xử lý asen và mangan trong nước ngầm sử dụng làm nước sinh hoạt, Luận văn thạc sỹ Hóa học, Đại học Quốc gia Hà Nội.. - Nguyễn Thị Minh (2012), Phân tích theo dõi và đánh giá sự biến thiên nồng độ các chất độc hại giải phóng ra môi trường từ xỉ thải pyrit trong điều kiện yếm khí mô phỏng tự nhiên, Luận văn thạc sỹ Hóa học, Đại học Quốc gia Hà Nội.. - Hoàng Nhâm, Hóa học vô cơ tập 3, Nhà xuất bản Giáo dục, Hà Nội.. - Hồ Viết Quý, Cơ sở hóa học phân tích hiện đại, Nhà xuất bản Đại học Sư phạm, Hà Nội.