i MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG DANH MỤC HÌNH BẢNG KÝ HIỆU CHỮ VIẾT TẮT MỞ ĐẦU Chƣơng 1 - TỔNG QUAN 1.1. Tổng quan về công nghệ sản xuất alumin 1.1.1 Công nghệ làm giàu, chế biến quặng bauxit 1.1.2. Công nghệ sản xuất alumin 1.2. Tổng quan về bùn đỏ và các giải pháp xử lý bùn đỏ 1.2.1. Vấn đề bùn thải - bùn đỏ 1.2.2. Thành phần bùn đỏ 1.2.3. Tính độc hại của bùn đỏ Chƣơng 2 – ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Đối tƣợng nghiên cứu 2.2. Phƣơng pháp nghiên cứu Chƣơng 3 – KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 3.1. Phƣơng án xử lý bùn đỏ bằng biện pháp chôn lấp, hoàn thổ và phục hồi môi trƣờng 3.2. Phƣơng án sản xuất gạch xây gốm nung từ bùn đỏ 3.3. Phân tích tính kinh tế môi trƣờng việc sử dụng bùn đỏ để sản xuất vật liệu xây dựng KẾT LUẬN KIẾN NGHỊ TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC i ii iii iv 1 2 2 2 3 11 11 12 19 26 26 26 38 38 54 55 68 69 70 72 ii DANG MỤC CÁC BẢNG Bảng 1: Phân loại bauxit xử lý bằng phƣơng pháp Bayer Bảng 2: Thành phần hóa học của bùn đỏ Bảng 3: Thành phần hóa học của bùn đỏ tại 4 nhà máy Alumin Thế giới Bảng 4: Thành phần bùn đỏ dự kiến của các mẫu công nghệ Việt Nam Bảng 5: Thành phần bùn đỏ và dung dịch bám theo bùn đỏ của Dự án Lâm Đồng Bảng 6: Thành phần bùn đỏ và dung dịch bám theo bùn đỏ của Dự án Nhân Cơ Bảng 7: Thông số máy đùn nhào liên tục có hút chân không Bảng 8: Hầm sấy tuynel Bảng 9: Danh mục các thiết bị trong dây chuyền Bảng 10: Các thông số cơ bản của hồ bùn đỏ Bảng 11: Nhu cầu đất sử dụng để hoàn thổ hồ bùn đỏ Bảng 12: Nhu cầu cây xanh để phục hồi môi trƣờng hồ bùn đỏ Bảng 13: Dự toán kinh phí giai đoạn xây dựng hồ bùn đỏ (6 giai đoạn – 30 năm) Bảng 14: Dự toán kinh phí vận hành hồ bùn đỏ trong giai đoạn hoạt động của dự án Bảng 15 : Ƣớc tính chi phí phục hồi môi trƣờng hồ bùn đỏ sau dự án Bảng 16: Chi phí xử lý 1m 3 bùn đỏ trong 10 năm Bảng 17 : Hạch toán giá thành nguyên liệu sét thay thế bùn đỏ Bảng 18: Hiệu quả kinh tế sử dụng bùn đỏ để sản xuất vật liệu xây dựng Bảng 19 : Quy mô kết cấu hạng mục khu sản xuất chính và phụ trợ Bảng 20 : Tổng hợp vốn đầu tƣ và các hạng mục đầu tƣ Bảng 21: Hạch toán giá thành cát ứng với tỷ lệ bùn đỏ:phụ gia Bảng 22 : Nhu cầu lao động tại các công đoạn sản xuất Bảng 23 : Các thông số cơ bản Bảng 24: NPV của dự án 7 12 13 15 16 17 35 36 37 42 46 47 50 51 51 53 54 55 55 58 61 62 63 65 iii DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1: Sơ đồ sản xuất các sản phẩm từ bauxit Hình 2: Sơ đồ nguyên lý công nghệ sản xuất Alumin Hình 3: Quy trình Bayer chế biến alumin từ bauxit Hình 4: Cá chết trên một cong bị bức tử do bùn đỏ Hình 5: Phần thành hồ chứa của một bùn đỏ bị vỡ Hình 6: Quang cảnh nhà máy Tân Rai Hình 7: Toàn cảnh một hồ chứa bùn đỏ Hình 8: Sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất gạch gốm nung Hình 9: Sơ đồ Mặt cắt đại diện – nguyên tắc xây dựng hồ bùn đỏ Hình 10: Hình ảnh minh họa gạch 2 lỗ Hình 11: Một số phƣơng pháp xử lý và ứng dụng bùn đỏ trên Thế giới Hình 12: Quang cảnh một góc nhà máy Tân Rai Hình 13: Bãi bùn đỏ Nalco Damanjodi, Ấn Độ Hình 14: Bùn từ hồ quét qua một góc làng gần đó (Hungary) Hình 15: Làng Devecser (Hunggary) bị ngập trong bùn đỏ Hình 16: Lũ bùn đỏ quét sập cả một cây cầu ở làng Kolontar, Hungary Hình 17: Nhân viên cứu hộ tìm kiếm một nạn nhân ở làng Kolontar, Hungary Hình 18: Lính cứu hoả dùng xe xúc đƣa những ngƣời bị mắc kẹt khỏi một khu làng Devecser bị lũ bùn đỏ cô lập Hình 19: Nhân viên cứu hộ cố gắng dọn dẹp bùn đỏ (Hungary) Hình 20: Cá bắt đầu chết trên sông Marcal, sau khi bùn đỏ tràn vào sông này Hình 21: Nhiều ngƣời phải di tản do lo ngại nhiễm độc từ bùn đỏ Hình 22: Lấy mẫu nƣớc nhiễm bùn đỏ ở gần nhà máy Ajkai Timfoldgya, Hungary 2 5 6 20 22 26 28 33 44 54 34 72 73 73 74 74 75 75 76 76 77 77 iv BẢNG KÝ HIỆU CÁC CHỮ VIẾT TẮT BTCT CBA ĐVT GDP HDPE HT NPV pH QTC TCXDVN UNIDO VSMT VNĐ Bê tông cốt thép Phân tích chi phí lợi ích Đơn vị tính Tổng sản phẩm quốc nội Vải địa kỹ thuật Hệ thống Giá trị hiện tại ròng Độ chua Quy tiêu chuẩn Tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam Tổ chức phát triển công nghiệp liên hợp quốc Vệ sinh môi trƣờng Việt nam đồng 1 MỞ ĐẦU Việt Nam là một trong những nƣớc có tiềm năng lớn về bauxit trong khu vực và trên thế giới. Tổng trữ lƣợng quặng bauxit đã xác định và tài nguyên dự báo khoảng 5,5 tỷ tấn: khu vực miền Bắc khoảng 91 triệu tấn; khu vực miền Nam khoảng 5,41 tỷ tấn (chiếm 99% tổng trữ lƣợng cả nƣớc) [9]. Đây là yếu tố quan trọng và quyết định việc phát triển ngành công nghiệp khai thác bauxit, sản xuất alumin và nhôm kim loại của Việt Nam. Dự án bauxit Tân Rai hay dự án khai thác bauxit Tân Rai là một trong những dự án khai thác bauxit ở Tây Nguyên theo chủ trƣơng của Bộ Chính trị Ban Chấp hành Trung ƣơng Đảng Cộng sản Việt Nam, đƣợc triển khai tại huyện Bảo Lâm, Lâm Đồng, Việt Nam. Việc khai thác đƣợc tiến hành bởi hai công đoạn: giai đoạn một là khai thác quặng bauxit từ các mỏ, giai đoạn hai là từ quặng bauxit khai thác đƣợc đƣa vào nhà máy tách ra alumin, nguyên liệu chính để luyện nhôm trong các lò điện phân. Trong quá trình chế biến alumin từ bauxit nhà máy Tân Rai thải ra lƣợng bùn đỏ vào môi trƣờng: 826.944m3/năm. Khối lƣợng quặng bauxit khai thác của dự án này lên tới 2,32 triệu m 3 /năm, dẫn đến nguy cơ tổng lƣợng bùn đỏ phải tích trên cao nguyên cả đời dự án Tân Rai 80-90 triệu m3 [2]. Bùn đỏ gây ảnh hƣởng độc hại cho sức khỏe con ngƣời và hệ sinh thái động thực vật. Chế biến bauxit thành alumina sẽ tạo ra các hồ chứa bùn đỏ thƣờng xuyên đe dọa tình hình an ninh chính trị trên địa bàn. Điều này có thể xảy ra với nhà máy Tân Rai nếu bùn đỏ vẫn xử lý theo phƣơng pháp chôn lấp, hoàn thổ và phục hồi môi trƣờng. Do đó, đề tài “Phân tích chi phí lợi ích mở rộng trong xử lý bùn đỏ tại nhà máy Tân Rai” là rất cần thiết để đƣa ra biện pháp tối ƣu để có thể tận dụng bùn đỏ làm vật liệu xây dựng, sử dụng hợp lý tài nguyên thiên nhiên, bảo vệ môi trƣờng mà vẫn đạt đƣợc mục tiêu phát triển kinh tế. 2 Chƣơng 1 - TỔNG QUAN 1.1. Tổng quan về công nghệ sản xuất alumin 1.1.1. Công nghệ làm giàu, chế biến quặng bauxit Theo Tài liệu “Chính sách phát triển công nghệ trong công nghiệp sản xuất nhôm đến năm 2000” (Policies of the technological development in the Alumina Industry- Alumina production until 2000) khoảng 85% alumin của thế giới đƣợc sản xuất từ quặng bauxit và sản xuất ở nhiều nƣớc trên thế giới; khoảng 10% đƣợc sản xuất từ quặng nepheline và alunite chủ yếu ở Nga, Canada, Mỹ; khoảng 5% từ các nguyên liệu khác tập trung ở Nga, Mỹ, Nhật Bản [5] Hình 1: Sơ đồ sản xuất các sản phẩm từ bauxit [2] Công nghệ làm giàu quặng bauxit Khoảng 90% sản lƣợng Alumin của thế giới đƣợc sản xuất bằng công nghệ Bayer, nhƣng công nghệ này đòi hỏi bauxit có hàm lƣợng SiO 2 thấp. Bauxit có hàm Bauxit Bauxit đã nung Sản xuất alumin Sử dụng trong ngành hoá - Vật liệu chịu lửa - Vật liệu mài-đánh bóng Công nghệ Bayer - Hoạt tính - Phèn nhôm Alumin cấp luyện kim Nhôm kim loại Alumin đặc biệt Các hyđroxyt nhôm Alumin hoạt tính Alumin đã nung Gốm, sứ Vật liệu mài, đánh bóng Vật liệu chịu lửa 3 lƣợng SiO 2 hoạt tính (tác dụng với kiềm) >5% không thể xử lý kinh tế bằng phƣơng pháp Bayer vì gây mất mát kiềm theo bùn đỏ rất lớn. Nhƣng ngƣợc lại, nếu xử lý bằng công nghệ thiêu kết hoặc thiêu kết-Bayer (hỗn hợp) thì tiêu hao năng lƣợng lớn. Vì vậy bauxit cần phải đƣợc làm giàu để giảm hàm lƣợng SiO 2 , nâng tỷ lệ Al 2 O 3 /SiO 2 >7 thì mới thích hợp cho công nghệ Bayer. Trên thế giới, các phƣơng pháp làm giàu đơn giản và phổ biến là: - Đập, nghiền kết hợp sàng khô - Đập, nghiền kết hợp sàng ƣớt (phổ biến hơn) Bằng phƣơng pháp tuyển rửa phần lớn SiO 2 trong hạt mịn đƣợc loại bỏ theo quặng đuôi. Ngoài ra, một số bauxit có hàm lƣợng sắt cao và có từ tính (nhƣ bauxit laterit ở vùng thềm lục địa Đông Ấn Độ) ngƣời ta dùng phƣơng pháp tuyển từ ƣớt với từ trƣờng mạnh. 1.1.2. Công nghệ sản xuất alumin Quá trình sản xuất alumin thực chất là quá trình làm giàu Al 2 O 3 , nhằm tách lƣợng Al 2 O 3 trong bauxit ra khỏi các tạp chất khác (các ôxyt …). Alumin nhận đƣợc phải đảm bảo chất lƣợng cho quá trình điện phân trong bể muối nóng chảy cryolite (Na 3 AlF 6 ) để nhận đƣợc Al kim loại. Các phƣơng pháp chính sản xuất alumin: a. Sản xuất alumin bằng phương pháp hoả luyện Trong số các phƣơng pháp hỏa luyện thì phƣơng pháp thiêu kết bauxit với Na 2 CO 3 có sự tham gia của CaCO 3 (gọi là phƣơng pháp sôđa-vôi) là phƣơng pháp kinh tế và đƣợc ứng dụng công nghiệp. Phƣơng pháp thiêu kết dùng để xử lý quặng bauxit có chất lƣợng trung bình hoặc kém (hàm lƣợng SiO 2 cao), nếu xử lý bằng công nghệ Bayer (công nghệ thủy luyện) thì không có hiệu quả kinh tế. Nguyên lý của phƣơng pháp hỏa luyện là: Thiêu kết hỗn hợp bauxit + Na 2 CO 3 + CaCO 3 trong lò ống quay ở nhiệt độ 1200 o C để thực hiện các phản ứng sau: 4 Al 2 O 3 + Na 2 CO 3 = 2 NaAlO 2 + CO 2 SiO 2 + 2 CaCO 3 = CaO.SiO 2 + 2CO 2 NaAlO 2 rắn trong thiêu kết phẩm (sản phẩm sau khi thiêu) dễ tan trong nƣớc. Còn CaO.SiO 2 không tan trong nƣớc và đi vào cặn thải (bùn thải). Phƣơng pháp thiêu kết có thể đƣợc áp dụng độc lập hoặc kết hợp với phƣơng pháp Bayer: Phƣơng pháp kết hợp song song hoặc nối tiếp. Phƣơng pháp thiêu kết đƣợc ứng dụng nhiều ở các nƣớc: Nga, Tiệp Khắc trƣớc đây, Trung Quốc hiện đang sử dụng phƣơng pháp này trong một số nhà máy sản xuất alumin để xử lý quặng bauxit có hàm lƣợng silic cao. b. Sản xuất alumin bằng phương pháp Bayer (phương pháp thuỷ luyện) Nhà hoá học ngƣời Áo Kark Josef Bayer đã đƣa ra công nghệ sản xuất alumin từ quặng bauxit bằng phƣơng pháp kiềm hoá (phƣơng pháp thuỷ luyện) với hiệu quả kinh tế - kỹ thuật cao. Từ đó đến nay Công nghệ mang tên Ông (Phƣơng pháp Bayer) vẫn là công nghệ chính để sản xuất alumin. Hiện nay và dự báo trong tƣơng lai khoảng 90% alumin trên thế giới vẫn đƣợc sản xuất bằng công nghệ này. Công nghệ Bayer đƣợc dựa trên cơ sở của phản ứng thuận nghịch sau: Al(OH) 3 + NaOH NaAlO 2 + 2H 2 O Công nghệ Bayer chủ yếu gồm các công đoạn: - Bauxit đƣợc hoà tách với dung dịch kiềm NaOH. Lƣợng Al 2 O 3 đƣợc tách ra trong dạng NaAlO 2 hoà tan và đƣợc tách ra khỏi cặn không hoà tan (gọi là bùn đỏ do chủ yếu là các ôxyt sắt nên có màu đỏ, ngòai ra còn có ôxyt titan, ôxyt silic…). - Dung dịch aluminate NaAlO 2 đƣợc hạ nhiệt đến nhiệt độ cần thiết và cho mầm Al(OH) 3 vào để kết tủa. Hoà tách > 100 o C Kết tủa < 100 o C Gipxit rắn 5 - Sản phẩm Al(OH) 3 cuối cùng đƣợc lọc, rửa và nung để tạo thành Al 2 O 3 thành phẩm. Sơ đồ nguyên lý dây chuyền công nghệ Bayer đƣợc giới thiệu trên Hình 2 và 3 Hình 2: Sơ đồ nguyên lý công nghệ sản xuất Alumin [2] Nghiền Hoà tách Cặn thải ( Lọc tinh Tách bùn đỏ Tách cát Trao đổi nhiệt Cô bay hơi Trao đổi nhiệt Kết tinh Tách Oxalat Bauxit Nung Alumin NaOH 6 Hình 3: Quy trình Bayer chế biến alumin từ bauxit [27] Trong quá trình sản xuất alumin bằng phƣơng pháp Bayer, tùy theo thành phần khoáng vật của bauxit mà công nghệ Bayer đƣợc chia thành 2 giải pháp khác nhau: [...]... nhất về khía cạnh đóng góp cho phúc lợi xã hội Phân tích chi phí lợi ích là quá trình nhận dạng, đo lƣờng và so sánh các lợi ích với các chi phí xã hội của một dự án, một chính sách, hay một chƣơng trình nhằm xem xét việc phân bổ nguồn lực khan hiếm vào các mục ích sử dụng mang lại hiệu quả nhất Theo Campbell (2003), phân tích chi phí lợi ích là một quy trình phân tích đầy đủ các kết quả của một dự... mang lại nhiều lợi ích nhất) + Phương án 1: Xử lý bùn đỏ bằng biện pháp chôn lấp, hoàn thổ và phục hồi môi trường Sử dụng chi phí xử lý bùn đỏ của nhà máy Nhân Cơ có tƣơng đƣơng quy mô sản xuất và phƣơng án xử lý bùn đỏ để so sánh với phƣơng án sử dụng bùn đỏ làm gạch gốm nung 27 Hình 7: Toàn cảnh một hồ chứa bùn đỏ [25] Khối lượng, thành phần huyề n phù bùn đỏ Tổng lƣợng huyền phù bùn đỏ : 1.376.910... đƣợc vận hành tại các nhà máy alumin xử lý quặng bauxit loại gipxit (các nhà máy của Alcoa tại Úc, các nhà máy alumin ở Trung-Nam Mỹ …) Tuy nhiên, việc lựa chọn công nghệ thải lỏng bùn đỏ tiềm ẩn nhiều nguy cơ gây ô nhiễm môi trƣờng mà các nhà khoa học và chính trị Việt Nam đề cập nhiều trong thời gian qua 1.2 Tổng quan về bùn đỏ và các giải pháp xử lý bùn đỏ 1.2.1 Vấn đề bùn thải - bùn đỏ Vấn đề môi... thống kê, báo cáo tổng kết, các nghiên cứu…về các vấn đề có liên quan tại khu vực nghiên cứu  Phƣơng pháp phân tích chi phí lợi ích Phân tích chi phí- lợi ích- CBA (Cost-Benefit Analysis) là một công cụ/phƣơng pháp phân tích chính sách đƣợc sử dụng khá phổ biến ở các quốc gia phát triển nhằm đánh giá bằng tiền tất cả lợi ích và chi phí của một dự án, một chính sách, hoặc một chƣơng trình phát triển nhằm... thành phần đã đƣợc liệt kê trong bùn đỏ trình bày trong bảng 3; bùn đỏ của một số nhà máy còn có chứa phóng xạ Sự cố môi trƣờng vỡ bể bùn đỏ Hungari năm 2010 đã cho thấy tác động gây ô nhiễm của kiềm dƣ và phóng xạ có chứa trong bùn đỏ đối với môi trƣờng đất và nƣớc Báo của Pháp ngày 27/10 đã dẫn kết quả phân tích các mẫu bùn đỏ lấy tại hiện trƣờng của Criirad cho thấy bùn đỏ, chất thải của quá trình... trƣờng, quan điểm tƣ nhân (phân tích tài chính), quan điểm hiệu quả (phân tích kinh tế) đến quan điểm các nhóm liên quan (phân tích xã hội) Nếu có đƣợc một khung phân tích hệ thống, thì các bên liên quan trong quá trình ra quyết định sẽ dễ dàng tìm thấy một phƣơng án chung tốt nhất của bất kỳ một dự án đầu tƣ nào Trong đề tài nghiên cứu này sẽ lập bài toán chi phí lợi ích mở rộng Đƣa ra 2 phƣơng án và... (240-250oC trong các nhà máy hiện đại và có chất xúc tác đối với quặng diaspor) và trong dung dịch hòa tách có nồng độ kiềm cao hơn (180-250g/l Na2O) Công nghệ này đang đƣợc áp dụng trong các nhà máy alumin của Nga, Iran, Trung Quốc (Bình Quả) để xử lý quặng bauxit diaspor; nhà máy alumin ở Hungary, Nam Tƣ, một vài nhà máy ở Úc xử lý quặng bauxit bơmit và sẽ đƣợc áp dụng cho nhà máy alumin xử lý quặng... khác Việc lựa chọn các phƣơng án xử lý bùn đỏ sau thải đƣợc thực hiện tùy theo các Nhà máy alumin cụ thể Tuy nhiên hiện nay phƣơng án chôn lấp, hoàn thổ chi m ƣu thế và đƣợc áp dụng rộng rãi, phƣơng án chế biến bùn đỏ đang đƣợc nghiên cứu, thử nghiệm vì chi phí để thực hiện cao, hiệu quả kinh tế thấp Đối với Dự án Nhà máy sản xuất alumin Nhân Cơ sẽ tiến hành xử lý bùn đỏ bằng phƣơng pháp chôn lấp, sau... của nhà thầu Chalieco-Trung Quốc: Với Dự án Nhân Cơ công suất 600.000 tấn alumin/năm, lƣợng bùn đỏ khô sẽ là 566.000 tấn/năm, dung dịch bám theo bùn đỏ (đƣợc bơm tuần hoàn về nhà máy khoảng 70%) là 610.000 tấn/năm Cả 2 nhà máy Nhân Cơ và Lâm Đồng lƣợng bùn đỏ thải ra khoảng 1,2- 1,3 triệu tấn/năm Thành phần chủ yếu của bùn đỏ khô gồm: Fe2O3 chi m 46%, Al2O3 chi m 18%; CaO và SiO2 chi m 5-7%; Na2O chi m... Thành phần bùn đỏ (%) Thành phần dung dịch bám theo bùn đỏ (g/l) Fe2O3 (25-60) Na2O tổng (0,6 – 8,0) Al2O3 (5-25) Na2O costic (0,5 – 6,0) SiO2 (1-20) Al2O3 (0,5 – 3,0) TiO2 (1-10) Na2O (1-10) CaO (2-8) M.K.N (Mất khi nung) (5-15) Kết quả phân tích 4 mẫu bùn đỏ ở các nhà máy alumin khác nhau trên thế giới có thành phần thể hiện trong bảng 3 12 Bảng 3: Thành phần hóa học của bùn đỏ tại 4 nhà máy Alumin . tài Phân tích chi phí lợi ích mở rộng trong xử lý bùn đỏ tại nhà máy Tân Rai là rất cần thiết để đƣa ra biện pháp tối ƣu để có thể tận dụng bùn đỏ làm vật liệu xây dựng, sử dụng hợp lý tài. môi trƣờng hồ bùn đỏ sau dự án Bảng 16: Chi phí xử lý 1m 3 bùn đỏ trong 10 năm Bảng 17 : Hạch toán giá thành nguyên liệu sét thay thế bùn đỏ Bảng 18: Hiệu quả kinh tế sử dụng bùn đỏ để sản xuất. Kết quả phân tích 4 mẫu bùn đỏ ở các nhà máy alumin khác nhau trên thế giới có thành phần thể hiện trong bảng 3. 13 Bảng 3: Thành phần hóa học của bùn đỏ tại 4 nhà máy Alumin