1 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN TRỊNH KHẮC HOÀN NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG GIẢI PHÓNG KIM LOẠI NẶNG TỪ XỈ THẢI PYRIT LỘ THIÊN LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC HÀ NỘI, 2012 1 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Trịnh Khắc Hoàn NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG GIẢI PHÓNG KIM LOẠI NẶNG TỪ XỈ THẢI PYRIT LỘ THIÊN Chuyên ngành: Hóa Môi trường Mã số: 60 44 41 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Trần Hồng Côn Hà Nội – 2012 4 MỤC LỤC MỞ ĐẦU ……………………………………………………………………………1 Chương 1. TỔNG QUAN …………………………………………………………….1 1.1. Pyrit (FeS 2 ) 2 1.1.1. Giới thiệu chung về Pyrit sắt………………………………………………2 1.2. Tình trạng ô nhiễm kim loại nặng tại các vùng lân cận và các khu vực khai thác quặng……………………………………………………………………… 4 1.2.1. Tại Việt Nam……………………………………………………………… 4 1.2.2. Trên thế giới 6 1.3. Quá trình phong hoá quặng Pyrit 8 1.3.1. Quá trình phong hoá 8 1.3.1.1. Phong hoá vật lý 9 1.3.1.2. Phong hoá hoá học 10 1.3.1.3. Phong hoá sinh học 12 1.3.2. Khái quát quá trình biểu sinh các mỏ sulfua [9] 12 1.3.3. Oxi hoá các khoáng vật đồng sulfua [9] 13 1.4. Ảnh hưởng của kim loại nặng đến môi trường và cơ thể sống 14 1.5. Giới thiệu một số kim loại nặng và ảnh hưởng của chúng lên cơ thể sống và con người 15 1.5.1. Asen 15 1.5.2. Cadmi 17 1.5.3. Chì 18 1.5.4. Coban 19 1.5.5. Crom 19 1.5.6. Đồng 20 1.5.7. Kẽm 21 1.5.8. Mangan 22 1.5.9. Niken 22 1.5.10. Sắt 23 5 Chương 2. THỰC NGHIỆM 26 2.1. Đối tượng nghiên cứu 26 2.2. Mục tiêu nghiên cứu 27 2.3. Cơ sở phương pháp luận 272.4. Danh mục hoá chất, thiết bị cần thiết cho nghiên cứu 28 2.5. Thực nghiệm 29 2.5.1. Thiết kế thiết bị nghiên cứu 30 2.6. Phương pháp nghiên cứu 32 2.6.1. Nghiên cứu ảnh hưởng của pH và nồng độ sắt(II) đến khả năng cộng kết – hấp phụ các kim loại nặng lên sắt(III) hydroxit 32 2.6.1.1. Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ sắt(II) ban đầu 32 2.6.1.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của pH 33 2.6.2. Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phong hoá trong điều kiện bãi thải xỉ pyrit lộ thiên. 34 2.6.3. Lấy mẫu và phân tích 35 2.6.3.1. Xác định hàm lượng kim loại nặng 35 2.6.3.2. Xác định hàm lượng As bằng phương pháp so màu trên giấy tẩm thủy ngân bromua 36 Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN…………………………………………. 37 3.1. Quá trình kết tủa, cộng kết, hấp phụ của các nguyên tố kim loại nặng 37 3.1.1. Quá trình oxi hoá - thuỷ phân và các dạng kết tủa của sắt 37 3.1.2. Khảo sát ảnh hưởng nồng độ sắt(II) đến khả năng tách loại một số kim loại nặng Zn, Cu, Pb, As, Cd, Mn 38 3.1.3. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của pH đến khả năng tách loại một số kim loại nặng Zn, Cu, Pb, As, Cd, Mn 39 3.2. Nghiên cứu khả năng phong hoá giải phóng các kim loại nặng trên mô hình bãi thải xỉ pirit lộ thiên. 42 3.2.1. Sự biến thiên nồng độ các ion kim loại nặng trong quá trình rửa quặng. 42 6 3.3.2. Sự biến thiên pH và nồng độ các ion kim loại nặng trong điều kiện xung không tích lũy 45 3.3.3. Sự biến thiên pH và nồng độ các ion kim loại nặng trong điều kiện xung có tích lũy. 47 3.3.4. Ảnh hưởng của ion photphat đến khả năng giải phóng kim loại nặng 49 KẾT LUẬN 60 TÀI LIỆU THAM KHẢO 61 7 DANH MỤC BẢNG Bảng Tên bảng Trang Bảng 1.1 Mức độ ô nhiễm đất nông nghiệp do khai thác mỏ 7 Bảng 1.2 Nồng độ trung bình của các kim loại nặng trong đất và cây trồng ở Nyakabale 9 Bảng 2.1 . Danh mục thiết bị cần thiết cho nghiên cứu. 29 Bảng 2.2 Danh mục hoá chất cần thiết cho nghiên cứu 29 Bảng 2.3 Thành phần nước mưa 30 Bảng 2.4 Bảng biểu diễn sự phụ thuộc giữa chiều cao và nồng độ As 34 Bảng 2.5 Kết quả biểu diễn sự phụ thuộc giữa nồng độ As và chiều cao. 35 Bảng 3.1 Kết quả khảo sát ảnh hưởng nồng độ Fe(II) đến khả năng cố định các kim loại Zn, Cu, Pb, As, Cd, Mn. 37 Bảng 3.2 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của pH đến khả năng cố định Zn, Cu, Pb, As, Cd, Mn 39 Bảng 3.3 Sự biến thiên nồng độ kim loại nặng trong quá trình rửa xỉ 41 Bảng 3.4 Sự biến thiên pH và nồng độ kim loại nặng trong điều kiện xung không tích lũy 43 Bảng 3.5 . Sự biến thiên pH và nồng độ kim loại nặng trong điều kiện xung có tích lũy 46 Bảng 3.6 Ảnh hưởng của ion photphat đến khả năng giải phóng kim loại tại pH =8 49 Bảng 3.7 Ảnh hưởng của ion photphat đến khả năng giải phóng 51 8 kim loại tại pH =7 Bảng 3.8 Ảnh hưởng của ion photphat đến khả năng giải phóng kim loại tại pH =6 52 Bảng 3.9 Ảnh hưởng của ion photphat đến khả năng giải phóng kim loại tại pH =5 54 Bảng 3.10 Ảnh hưởng của pH đến khả năng giải phóng kim loại nặng 56 9 DANH MỤC HÌNH VẼ ĐỒ THỊ Hình Tên hình Trang Hình 1.1 Hình ảnh quặng pyrit 5 Hình 2.1 Thiết bị cho quá trình phong hoá giải phóng kim loại trong điều kiện ngập nước 28 Hình 2.2 Đường chuẩn As 10-80ppb 31 Hình 2.3 Đường chuẩn As 100-800ppb 32 Hình 3.1 Hình 3.1. Ảnh hưởng của nồng độ Fe(II) đến hiệu suất cố định các kim loại Zn, Cu, Pb, As, Cd, Mn - 34 Hình 3.2 Ảnh hưởng của pH đến khả năng cố định Zn, Cu, Pb, As, Cd, Mn 39 Hình 3.3 Sự biến thiên nồng độ kim loại Cr, Co, Ni, As, Cd, Mn trong quá trình rửa xỉ 41 Hình 3.4 Sự biến thiên nồng độ kim loại Cu, Pb, Zn, Fe trong quá trình rửa quặng 42 Hình 3.5 Sự biến thiên nồng độ kim loại Cr, Co, Ni, As, Pb, Cd trong điều kiện xung không tích lũy 44 Hình 3.6 Sự biến thiên nồng độ kim loại Cu, Mn, Zn, Fe trong điều kiện xung không tích lũy 44 Hình 3.7 Sự biến thiên nồng độ kim loại Cr, Co, Ni, As, Pb, Cd trong điều kiện xung có tích lũy 46 Hình 3.8 Sự biến thiên nồng độ kim loại Mn, Cu, Zn, Fe và pH trong điều kiện xung có tích lũy 47 Hình 3.9 Ảnh hưởng của ion photphat đến khả năng giải phóng kim loại Cr, Co, Ni, As, Pb, Cd tại pH =8 50 10 Hình 3.10 Ảnh hưởng của ion photphat đến khả năng giải phóng kim loại Mn, Cu, Zn, Fe tại pH = 8 50 Hình 3.11 Ảnh hưởng của ion photphat đến khả năng giải phóng kim loạiCr, Co, Ni, As, Pb, Cd tại pH = 7 51 Hình 3.12 Ảnh hưởng của ion photphat đến khả năng giải phóng kim loại Mn, Cu, Zn, Fe tại pH = 7 52 Hình 3.13 Ảnh hưởng của ion photphat đến khả năng giải phóng kim loại Cr, Co, Ni, As, Pb, Cd tại pH =6 53 Hình 3.14 Ảnh hưởng của ion photphat đến khả năng giải phóng kim loại Mn, Cu, Zn, Fe tại pH =6 53 Hình 3.15 Ảnh hưởng của ion photphat đến khả năng giải phóng kim loại Cr, Co, Ni, As, Pb, Cd tại pH =5 54 Hình 3.16 Ảnh hưởng của ion photphat đến khả năng giải phóng kim loại Mn, Cu, Zn, Fe tại pH =5 55 Hình 3.17 Ảnh hưởng của pH đến khả năng giải phóng kim loại Cr, Co, Ni, As, Pb, Cd 57 Hình 3.18 Ảnh hưởng của pH đến khả năng giải phóng kim loại Mn, Cu, Zn, Fe. 57 11 MỞ ĐẦU Hiện nay, ô nhiễm môi trường đang là một vấn đề nóng bỏng mang tính toàn cầu, ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe và đời sống của con người. Đặc biệt là ô nhiễm các kim loại nặng. Trong tự nhiên có khoảng hơn 70 kim loại nặng, đó là các kim loại có tỉ khối lớn hơn 5 gam/cm 3 . Kim loại nặng có hầu hết trong các mỏ khoáng sản với hàm lượng khác nhau, tuỳ thuộc vào từng loại khoáng sản và từng vùng địa chất khác nhau. Trong các kim loại nặng thì chỉ có một số nguyên tố là cần thiết cho các sinh vật ở một ngưỡng nào đấy, chúng là các nguyên tố vi lượng như: Cu, Zn, Mn, Mo… Đa số các kim loại nặng với đặc tính bền vững trong môi trường, khả năng gây độc ở liều lượng thấp và tích luỹ lâu dài trong chuỗi thức ăn, được thế giới xem là một chất thải nguy hại. Tuy nhiên khả năng gây độc của các kim loại nặng hoàn toàn phụ thuộc vào trạng thái tồn tại của chúng. Trong hoạt động khai thác khoáng sản và sản xuất công nghiệp, con người đã làm biến đổi trạng thái tồn tại của các kim loại nặng, chuyển chúng thành các dạng ion tự do đi vào môi trường nước hoặc các hạt bụi có kích thước nhỏ bé trong không khí đã và đang làm suy giảm chất lượng môi trường. Do năng lực có hạn, công nghệ sản xuất chưa hiện đại, quy trình còn thiếu nghiêm ngặt, nên nhiều nhà máy sản xuất hóa chất hiện nay ở nước ta hiệu suất sản xuất còn chưa cao, bặc biệt trong giai đoạn xử lý và đốt quặng, dẫn đến không tận thu. Như vậy, thiệt hại về kinh tế là đáng kể. Nhưng lo ngại hơn, với lượng chất thải sau sản xuất, theo thời gian nó sẽ ảnh hưởng xấu đến môi trường xung quanh, ảnh hưởng đến sức khoẻ của con người và động thực vật. Với những lý do đó, chúng tôi lựa chọn đề tài “Nghiên cứu đánh giá khả năng giải phóng kim loại nặng từ xỉ thải pyrit lộ thiên”. [...]... sunfuric Sau khi đốt pyrit để thu SO2, phần rắn còn lại là xỉ pyrit được thải ra môi trường Phản ứng xảy ra trong quá trình đốt pyrit t0 4FeS2 + 11O2  2Fe2O3 + 8SO2  Xỉ pyrit được dùng trong quá trình nghiên cứu của luận văn chúng tôi lấy tại bãi thải của Công ty Supephotphat và hóa chất Lâm thao – Phú Thọ 1.2 Tình trạng ô nhiễm kim loại nặng tại các vùng lân cận và các khu vực thải xỉ 1.2.1 Tại Việt... thiếc, đuôi quặng thường chứa arsenopyrit (1 – 2%), chalcopyrit (1%) và pyrit (10 – 15%) [3] Các khoáng vật sunfua này bị oxi hoá tạo ra 15 dòng thải axit mỏ và dung dịch giàu kim loại Sự lan toả của As và sự oxi hoá các kim loại độc hại như Cu, Cd từ các dòng rỉ từ dòng thải axit mỏ qua các đống thải cũng không được chú ý Có nơi nước thải từ mỏ và xưởng tuyển được thải trực tiếp ra cánh đồng lúa với... các kim loại hoá trị hai: Cu, Pb, Zn ) Vì vậy, khi pyrit bị oxi hoá, giải phóng H+ làm tăng độ axit của môi trường 1.4 Ảnh hưởng của kim loại nặng đến môi trường và cơ thể sống Kim loại là nguồn tài nguyên có giá trị Tuy nhiên, nếu không có biện pháp kiểm soát thích hợp trong khai thác và tinh chế mỏ được thực hiện thì thiệt hại môi trường nghiêm trọng có thể xảy ra [1] Các kim loại nặng có tính năng. ..Chương 1 TỔNG QUAN 1.1 Pyrit và xỉ thải pyrit 1.1.1 Giới thiệu chung về Pyrit Pyrit hay pyrit sắt, là khoáng vật disunfua sắt với công thức hóa học FeS2 Ánh kim và sắc vàng đồng từ nhạt tới thông thường của khoáng vật này đã tạo nên tên hiệu riêng của nó là vàng của kẻ ngốc do nó trông tương tự như vàng Pyrit là phổ biến nhất trong các khoáng vật sulfua Tên gọi pyrit bắt nguồn từ tiếng Hy Lạp πσρίτης... Hungary và Nam Tư 1.5 Giới thiệu một số kim loại nặng có trong pyrit và ảnh hưởng của chúng lên cơ thể sống và con người 1.5.1 Asen [2, 4, 8] Asen là nguyên tố tồn tại ở cả dạng kim loại và không kim loại Dạng không kim loại của asen được tạo nên khi làm ngưng tụ hơi của chúng là những chất rắn màu vàng gọi là asen vàng, có mạng lưới phân tử giống photpho trắng Dạng kim loại của asen có màu trắng bạc, có... Năm 2008, Manfred Felician Bitala đã nghiên cứu ô nhiễm kim loại nặng được tích luỹ trong đất và cây trồng từ mỏ vàng ở Geita, Tanzanian [1] cho thấy tất cả các mẫu nghiên cứu đều vượt tiêu chuẩn cho phép Cụ thể, trong các mẫu đất nồng độ của Hg vượt quá tiêu chuẩn là 6.606 lần, trong khi As vượt quá tiêu chuẩn 36 lần, các kim loại khác đều vượt quá trong khoảng từ 42 – 232 lần Trong các mẫu cây trồng,... lúa và rừng cũng được nghiên cứu đều thu được kết quả đất mặt tại khu vực này có mức độ ô nhiễm ít hơn so với khu vực bãi thải nhưng nồng độ của các kim loại trên đều vượt qua tiêu chuẩn cho phép từ 3 đến 7 lần Không chỉ có đất mặt có nồng độ kim loại cao mà khả năng tích luỹ kim loại cũng rất lớn trong cây trồng Trong đậu tương nồng độ trung bình tương ứng của Cd, Cu, Pb, Zn là 1,98; 40,7; 5,0; 271,3... Trong đới oxy hóa, pyrit không bền vững, biến đổi thành limonit Trong trường hợp này, lưu huỳnh tham gia vào sự tạo thành thạch cao và các sunfua Thường hay gặp giả hình của limonit theo pyrit Những mũ sắt của những mỏ quặng thường được tạo thành do phá hủy sulfua, chủ yếu là pyrit Ở Việt Nam, pyrit có ở nhiều nơi như mỏ pyrit ở Giáp Lai, Vĩnh Phúc, Ba Trại 14 1.1.4 Xỉ thải pyrit Pyrit là nguyên liệu... học Quốc gia Hàn Quốc đã nghiên cứu sự tích luỹ kim loại ở các vùng lân cận xung quanh khu vực mỏ cho thấy sự ô nhiễm cao Phân tích các mẫu đất mặt tại khu vực bãi thải thu được giá trị trung bình của các kim loại Cd, Cu, Pb, Zn tương ứng là 8,57; 481; 4,445; 753 mg/kg cao gấp nhiều lần so với tiêu chuẩn cho phép Ngoài ra, các mẫu đất tại cánh đồng lúa và rừng cũng được nghiên cứu đều thu được kết quả... làm khai trường, 274 bãi thải và thải nước thải làm ô nhiễm đất nông nghiệp 2 Mỏ than Khánh hoà Chiếm dụng đất làm khai trường, 100 bãi thải và thải nước thải làm ô nhiễm đất nông nghiệp 3 Các mỏ vùng Bắc Thái 114,5 Chiếm dụng đất làm khai trường, bãi thải Đổ thải làm ô nhiễm đất 4 Các mỏ ở huyện Quỳ Hợp Đất nông nghiệp bị ô nhiễm do 145 16 lắng bùn cát Thiếu nước, suy giảm năng suất 29 5 Các mỏ ở huyện . Nghiên cứu đánh giá khả năng giải phóng kim loại nặng từ xỉ thải pyrit lộ thiên . 12 Chương 1. TỔNG QUAN 1.1. Pyrit và xỉ thải pyrit 1.1.1. Giới thiệu chung về Pyrit. Pyrit hay pyrit. quả khảo sát ảnh hưởng của pH đến khả năng tách loại một số kim loại nặng Zn, Cu, Pb, As, Cd, Mn 39 3.2. Nghiên cứu khả năng phong hoá giải phóng các kim loại nặng trên mô hình bãi thải xỉ. HỌC TỰ NHIÊN TRỊNH KHẮC HOÀN NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG GIẢI PHÓNG KIM LOẠI NẶNG TỪ XỈ THẢI PYRIT LỘ THIÊN LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC