Nghiên cứu khả giải phóng số kim loại nặng từ bãi thải, quặng đuôi nghèo pyrit (FeS2) Trương Thị Tâm Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Luận văn ThS chuyên ngành: Khoa học Môi trường; Mã số: 60 85 02 Người hướng dẫn: PGS.TS Đồng Kim Loan Năm bảo vệ: 2012 Abstract: Nghiên cứu khả phong hóa giải phóng Kim loại nặng (KLN) từ quặng đuôi nghèo FeS2 môi trường điều kiện ngập nước xung (thấm đợt) nước Nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến trình phong hóa trình tương tác biến đổi chuyển hóa sản phẩm sau phong hóa Đề xuất biện pháp quản lý để giảm thiểu tác động việc khai thác khoáng đến môi trường, hệ sinh thái nói chung sức khỏe người nói riêng Keywords: Khoa học môi trường; Chất thải; Kim loại nặng; Ô nhiễm môi trường; Bãi thải quặng Content MỞ ĐẦU Việt nam quốc gia cú tiềm khai thỏc khoỏng sản với khoảng 5000 mỏ quặng 60 loại khoỏng sản khỏc Tuy nhiờn, việc khai thỏc cũn nhiều bất cập trỡnh độ quản lý, ý thức người, cụng nghệ khai thỏc non kộm lạc hậu nờn để lại hệ lụy xấu cho mụi trường Đa số cỏc mỏ khai thỏc bỏn thủ cụng, lấy cỏc phần quặng giàu, bỏ toàn cỏc phần quặng nghốo khoỏng sản cựng Đõy nguyờn nhõn chớnh làm ụ nhiễm nghiờm trọng mụi trường tự nhiờn hệ sinh thỏi, mà điển hỡnh khu vực quanh bói chứa đất đỏ thải quặng đuụi- lượng chất thải rắn khổng lồ mang theo nhiều cỏc kim loại nặng (KLN), dũng thải lỏng mang tớnh axit cỏc tỏc nhõn húa học thải vào mụi trường Chớnh vỡ vậy, đề tài “Nghiờn cứu khả giải phúng số kim loại nặng từ cỏc bói thải, quặng đuụi nghốo pyrit (FeS2 )” lựa chọn nhằm mục đớch: - Nghiờn cứu khả phong húa giải phúng KLN từ quặng đuụi nghốo FeS2 mụi trường điều kiện ngập nước xung (thấm đợt) nước - Nghiờn cứu cỏc yếu tố ảnh hưởng đến quỏ trỡnh phong húa cỏc quỏ trỡnh tương tỏc biến đổi chuyển húa cỏc sản phẩm sau phong húa Trờn sở đú đề xuất biện phỏp quản lý để giảm thiểu tỏc động việc khai thỏc khoỏng đến mụi trường, hệ sinh thỏi núi chung sức khỏe người núi riờng Chƣơng TỔNG QUAN 1.1 Khoáng vật sunfua 1.1.1 Đặc điểm chung khoáng vật sunfua [12] Hiện nay, số lượng cỏc khoỏng vật sunfua cỏc hợp chất tương tự tỡm thấy lờn tới 350 loại Theo tớnh toỏn Vernadsky, chỳng chiếm 0,15% trọng lượng toàn vỏ Trỏi đất Cỏc kim loại đặc trưng khoỏng sunfua Fe, Cu, Pb, Zn, Sb, Ag, Bi, Co, Ni, đú Fe thường chiếm tỷ trọng lớn Khoỏng vật sunfua thường khụng suốt Đa số khoỏng vật sunfua cú liờn kết cộng hoỏ trị – kim loại cú ỏnh kim, tớnh dẫn điện cao, cú tớnh bỏn dẫn Sunfua chủ yếu cú nguồn gốc nhiệt dịch 1.1.2 Quặng pyrit sắt 1.1.2.1 Giới thiệu Pyrit hay pyrit sắt (FeS2) khoỏng vật phổ biến cỏc khoỏng vật sunfua thường cú mặt nhiều cỏc khoỏng vật sunfua 1.1.2.2 Thành phần húa học, cấu trỳc đặc tớnh vật lý Ngoài thành phần chủ yếu quặng pyrit sunfua với hàm lượng S từ 24-30% cũn chứa cỏc kim loại nặng Fe, As, Zn, Cu… Trong thực tế, pyrit thường xuất dạng cỏc khối lập phương, cú mặt cỏc tinh thể đẳng cực Pyrit hay xuất dạng cỏc tinh thể bỏt diện dạng diện pyrit (hỡnh thập nhị diện với cỏc mặt ngũ giỏc); Nú cú mặt góy khụng concoit, ỏnh kim, hệ số phản xạ 53%, độ cứng Mohs khoảng 6–6,5, tỷ trọng riờng khoảng 4,95–5,10 [2] Pyrit giũn cú thể nhận dạng trờn thực địa cú mựi đặc trưng để phõn biệt, giải phúng mẫu vật bị tỏn nhỏ; 1.1.2.3 Một số mỏ pyrit sắt Việt Nam Mỏ pyrit Giỏp Lai Mỏ pyrit Giỏp Lai thuộc xó Giỏp Lai, huyện Thanh Sơn, tỉnh Phỳ Thọ, đoàn địa chất 25 (cũ) tiến hành tỡm kiếm thăm dũ năm 1962 Trong năm 1970 đến đầu 1990, mỏ đưa vào khai thỏc quặng cung cấp cho nhà mỏy supephotphat Lõm Thao Hiện tại, mỏ ngừng khai thỏc tạo nờn cỏc hồ nhõn tạo Sự hỡnh thành cỏc hồ nhõn tạo gõy ảnh hưởng đến mụi trường đất nước vựng; Mỏ pyrit Giỏp Lai cú nguồn gốc thành tạo nhiệt dịch nhiệt độ trung bỡnh Thõn quặng pyrit khu mỏ cú dạng mạch nằm đỏ hoa đolomit đỏ hoa tremolit màu trắng, màu trắng xỏm tuổi Proterozoi Nhỡn chung cỏc thõn quặng cú hỡnh dỏng phức tạp, dạng mạch, chựm mạch, thấu kỡnh nằm gần song song với trựng với phương đỏ võy quanh Một số thõn lộ trờn mặt, số thõn ẩn sõu, phõn bố trờn chiều dài 1.100m, rộng 180m xuống sõu hai đầu mỳt, chiều dài thõn quặng giảm, quặng xõm tỏn thưa hàm lượng lưu huỳnh thấp Tụ khoỏng Ba Trại Tụ khoỏng Bản Giụn Ngoài ra, quặng pyrit cũn biết cỏc tụ khoỏng Chợ Đồn, Chợ Điền (Bắc Cạn), Tũng Bỏ (Hà Giang) tụ khoỏng Đồng sinh quyền (Lào Cai) 1.2 Quá trình phong hóa quặng sunfua 1.2.1 Phân loại trình phong hóa [ 4] 1.2.1.1 Phong húa vật lý * Phong hoỏ nhiệt * Phong hoỏ học * Phong hoỏ học sinh vật 1.2.1.2 Phong húa húa học * Quỏ trỡnh hydrat húa * Quỏ trỡnh oxy húa * Quỏ trỡnh sột húa 1.2.1.3 Phong húa sinh học 1.2.2 Quá trình oxy hóa mỏ sunfua [12] 1.2.2.1 Khỏi quỏt chung ễ nhiễm cao nơi khai thỏc, quanh bói thải quặng đuụi quỏ trỡnh phong húa quặng- tỏc động nước, khụng khớ xạ mặt trời, cỏc khoỏng vật đỏ lộ phớa cựng lớp đất đỏ bị phỏ hủy theo cỏc phản ứng: S2- + 4H2O → SO42- + 8H+ + 8e (E0 = 0,16V) MS + 2O2 → RSO4 M – kim loại Trong phức [SO42- ], S di chuyển mạnh Nếu gặp mụi trường khử, dạng sunfat bị khử thành H2S Cả dạng (S+6) dạng sunfua (S2-) mụi trường Eh thớch hợp cú thể chuyển thành lưu huỳnh tự sinh (S2-) Vỡ mụi trường phong húa chủ yếu oxi húa nờn dạng tồn chĩnh cảu S (S+6 ) SO42- HSO4- 1.2.2.2 Quá trình oxy hóa quặng pyrit Đối với pyrit xảy theo sơ đồ sau: 2FeS2 + 4O2 + 2H2O = 2FeSO4 + 2H2SO4 Với cú mặt O2, FeSO4 khụng bền vững bị biến đổi theo phản ứng sau: 4FeSO4 + 2H2SO4 + O2 = 2Fe2(SO4)3 + 2H2O Trong mụi trường nước mang tớnh axit yếu, Fe2(SO4)3 dễ dàng bị thủy phõn tạo hydroxyt theo phản ứng: Fe2 (SO4)3 + 4H2O = 2Fe(OOH) + 3H2SO4 Axit H2SO4 Fe(III) giải phúng quỏ trỡnh oxyhoỏ sunfua sắt cú thể tỏc dụng lờn cỏc khoỏng vật sunfua khỏc đẩy nhanh quỏ trỡnh phõn huỷ chỳng theo phản ứng: Vỡ vậy, pyrit bị oxyhoỏ, giải phúng H+ làm tăng độ axit mụi trường làm thay đổi độ linh động ion kốm Cu2+, As3+ số nguyờn tố KLN khỏc giải phúng dễ dàng phỏt tỏn vào mụi trường nhờ nước đồng thời hỡnh thành dũng quỏ trỡnh oxyhúa quặng, gọi “ dũng thoỏt axit” (acid mine drainage- AMD) Như cỏc kim loại giải phúng mụi trường theo cỏc cỏch sau: MS + 2H+ → M2+ + H 2S MS + 2O2 + 2H + → M2+ +H2 SO4 2MS + 2Fe2(SO4)3 + 2H2O + 3O2 → 2MSO4 + 4FeSO4 + 2H2SO4 (M cỏc kim loại hoỏ trị hai: Cu, Pb, Zn ) Ngoài quỏ trỡnh oxy húa quặng pyrit tự nhiờn mụ tả trờn, cỏc sufua cú bói thải quỏ trỡnh khai thỏc quặng đuụi quỏ trỡnh tuyển quặng dễ dàng bị oxy húa Quỏ trỡnh tương tự quỏ trỡnh tự nhiờn tốc độ lớn nhiều Do đõy nguồn phỏt tỏn KLN chất độc hại vào mụi trường cần quan tõm nghiờn cứu 1.3 Hiện trạng ô nhiễm tác động KLN đến môi trƣờng khu vực khai thác quặng vùng lân cận 1.3.1 Hiện trạng ô nhiễm kim loại nặng 1.3.1.1 Hiện trạng ô nhiễm số điểm khai thác mỏ Việt Nam Khi bị phong húa cỏc đỏ quặng giải phúng cỏc kim loại nặng làm tập trung hàm lượng lớn kim loại nặng vượt quỏ giới hạn cho phộp, gõy cỏc bệnh địa phương, cú hại cõy trồng, vật nuụi Một điểm “ núng ” ụ nhiễm mụi trường khai thỏc quặng kiện “làng ung thư Thạch Sơn” (Giỏp lai, Thanh Sơn, Phỳ Thọ) [6,15] Ngoài tỏc động đến sức khỏe người ụ nhiễm từ khai thỏc chế biến khoỏng sản, cũn phỏt thấy tồn lưu cỏc KLN sản phẩm chố trồng vựng mỏ thiếc huyện Đại Từ, tỉnh Thỏi Nguyờn [16], Mụi trường nhiều điểm mỏ kẽm, chỡ Làng Hớch (Thỏi Nguyờn), mỏ đồng Sinh Quyền (Lào Cai), khai trường cỏc nhà mỏy xi măng Bỳt Sơn, Bỉm Sơn, Tam Điệp bị ụ nhiễm nặng nề Nồng độ cỏc KLN đồng, chỡ, kẽm, sắt… cỏc nguồn nước tiếp nhận xung quanh nhiều điểm mỏ cao mức cho phộp nhiều lần (từ 1,5 đến lần) [1] Ngoài ra, số khu vực cú khả hỡnh thành dũng thải axit mỏ khai thỏc quặng sunfua chất độc tồn dư quặng thải [5] 1.3.1.2 Hiện trạng ô nhiễm số điểm khai thác mỏ giới 1.3.2 Ảnh hƣởng kim loại nặng đến môi trƣờng thể sống 1.3.2.1 “ Làng ung thư” Thạch Sơn 1.3.2.2 Làng Hớch, Thỏi Nguyờn 1.3.2.3 Sự kiện Minamata 1.3.3 Giới thiệu số KLN tác động chúng đến môi trƣờng ngƣời 1.3.3.1 Asen [1, 4, 10] 1.3.3.2 Cadmi [4, 10] 1.3.3.3 Chỡ [4, 10] 1.3.3.4 Đồng [4, 10] 1.3.3.5 Kẽm [3, 7] 1.3.3.6 Sắt [4, 10] Chƣơng ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiờn cứu luận văn cỏc kim loại nặng bị phong húa từ quặng pyrit sắt (FeS2) vào mụi trường nước đất -Phạm vi nghiờn cứu luận văn đất đỏ thải quặng đuụi nghốo pyrit điểm khai thỏc mỏ quặng pyrit Giỏp Lai, huyện Thanh Sơn, tỉnh Phỳ Thọ 2.2 Phƣơng pháp nghiên cứu 2.2.1 Phƣơng pháp kế thừa 2.2.2 Khảo sát thực địa 2.2.3 Nghiên cứu phòng thí nghiệm 2.3 Nội dung nghiên cứu 2.3.1 Danh mục hoá chất, thiết bị cần thiết cho nghiên cứu Bảng Danh mục thiết bị cần thiết cho nghiờn cứu TT Tờn dụng cụ, thiết bị Mục đớch Tủ hốt Phỏ mẫu Mấy khuấy từ, IKA-RH-KT/C Phục vị cho nghiên cứu khả cộng kết Mỏy sục khớ, Việt Nam Đảm bảo độ hoà tan khớ oxi nước Cỏc dụng cụ thuỷ tinh PTN Tiến hành cỏc thớ nghiệm Máy cất nước Aquatron A4000D, Nước cất cho nghiên cứu xuất xứ Cộng hoà Liên bang Đức Tủ sấy Model 1430 D, Đức Sấy mẫu Mỏy đo độ đục Xỏc định hàm lượng sunfat Mỏy đo pH, Mi-151 Martini Xỏc định pH instruments, Phần Lan Bảng Danh mục hoỏ chất cần thiết cho nghiờn cứu TT Tờn hoỏ chất Mục đớch HNO3 Phỏ mẫu, điều chỉnh pH, axit hoỏ mẫu NaOH Điều chỉnh pH HCl Làm cỏt KNO3 Pha nước mưa, xỏc định hàm lượng sunfat Na2SO4 Pha nước mưa, xỏc định hàm lượng sunfat MgCl2.6H2O Pha nước mưa (NH4)2SO4 Pha nước mưa CaCl2.2H2O Pha nước mưa, xỏc định hàm lượng sunfat NaHCO3 Pha nước mưa FeSO4 Xỏc định khả hấp phụ Fe(OH)3 10 Pb(NO3)2 Xỏc định khả hấp phụ Fe(OH)3 11 Cu(CH3COO)2.H2O Xỏc định khả hấp phụ Fe(OH)3 12 H3AsO4 Xỏc định khả hấp phụ Fe(OH)3 13 CdSO4.2H2O Xỏc định khả hấp phụ Fe(OH)3 14 ZnSO4 Xỏc định khả hấp phụ Fe(OH)3 15 CH3COOH Pha dung dịch đệm xỏc định hàm lượng sunfat 16 CH3COONa Pha dung dịch đệm xỏc định hàm lượng sunfat 17 Ba(NO3)2 Xỏc định hàm lượng sunfat 2.3.2 Nghiên cứu ảnh hƣởng đến khả cộng kết – hấp phụ kim loại nặng lên sắt (III) hydroxit 2.3.2.1 Nghiờn cứu ảnh hưởng nồng độ sắt (II) ban đầu Để nghiờn cứu ảnh hưởng nồng độ Fe(II), chuẩn bị cỏc mẫu Fe(II) cú nồng độ biến thiờn từ 10 ữ 25 mg/L Đồng thời thờm lượng giống cỏc ion Cu, Zn Pb cú nồng độ 10 mg/L ; Cd As cú nồng độ mg/L, Mn cú nồng độ mg/L Tiến hành sục khớ để đảm bảo DO khụng đổi khoảng mg/L vũng 30 phỳt, sắt(II) bị oxi hoỏ hoàn toàn lờn sắt(III) Lọc lấy dung dịch để phõn tớch định lượng cỏc kim loại Cu, Zn, Pb, Cd, As, Mn cũn lại 2.3.2.2 Nghiờn cứu ảnh hưởng pH Để nghiờn cứu ảnh hưởng pH, cỏc mẫu thớ nghiệm chuẩn bị mục 3.1.3.1 cú nồng độ sắt(II) giống 20 mg/L pH dung dịch mẫu điều chỉnh khoảng 3,0 ữ 7,0 Tiến hành sục khớ đảm bảo DO khụng đổi khoảng mg/L 30 phỳt Sau đú lọc lấy dung dịch đem phõn tớch hàm lượng cỏc kim loại nặng cũn lại 2.3.3 Nghiên cứu trình phong hoá giải phóng KLN điều kiện ngập nƣớc có tích lũy Ghi Cột chứa cát trộn quặng A pyrit sẳt Vỏ bảo ôn B Van lấy mẫu Bể chứa dung dị ch nước C mô nước mưa Máy thổi không khí Bơm nước Hình Thiết bị cho trình phong hoá giải phóng kim Lớp nước sỏi chặn loại điều kiệnA.ngập B Lớp quặng pyrit trộn với cát thạch anh C Lớp sỏi chặn Bảng Thành phần nước mưa tự pha [12] Thành phần Ca2+ Mg2+ K+ Na+ Cl- HCO3- NO3- SO42- NH4+ Nồng độ (mg/L) 5,6 2,7 4,1 4,4 9,2 18,3 4,44 0,75 3,29 Lượng phối liệu nạp cột 3,2 kg Trong điều kiện ngập nước - cột chứa quặng luụn bị ngập mức nước cao bề mặt lớp cỏt trộn quặng cú thể tớch dư khoảng 250 mL Nước sau chảy qua, lấy phõn tớch, phần cũn lại cho trở lại vào bể chứa nước (4) để tiếp tục quay cột Mẫu nước lấy van với thể tớch đỳng phần dư 250 mL (tương đương thể tớch nước lưu cột) cựng thời điểm – ngày lấy mẫu lần 2.3.4 Nghiên cứu trình phong hoá giải phóng KLN điều kiện xung nƣớc có tích lũy Mụ điều kiện xung (thấm) nước cỏc bói thải, quặng đuụi nghốo, cú mưa cú tỏc động O2, nước khụng khớ làm cho cỏc quặng bị phong hoỏ giải phúng cỏc KLN vào mụi trường nước đất Mụ hỡnh nghiờn cứu điều kiện xung nước tương tự phần ngập nước Nhưng khỏc quỏ trỡnh vận hành pha nước cho chảy theo xung (2 ngày lần) thấm qua lớp quặng từ trờn xuống Mẫu lấy theo thời gian với cựng lượng 250 ml sau chảy thấm qua lớp quặng, phần cũn lại bổ sung 250 ml nước mưa tự tạo cho quay vũng mục 2.3.3 3.2.2 Sự biến thiên nồng độ ion sunfat (SO42-) Cựng với biến đổi nồng độ cỏc kim loại thỡ nồng độ ion sunfat SO4 2- biến đổi theo thời gian Kết biểu thị trờn bảng hỡnh Bảng Biến thiờn nồng độ SO42Ngày pH SO42- mg/l 4,8 175,4 4,5 195,6 4,6 193,5 10 4,7 162,3 12 4,7 161,9 14 4,8 153,6 16 4,9 140,9 20 5,1 136,7 22 5,2 132,5 24 5,3 128,3 26 5,4 124,1 28 5,5 119,9 30 5,6 103,1 pH, nồng độ sulfat (mg/l) 250 200 150 pH Sulfat 100 50 10 12 14 16 20 22 24 26 28 30 Ngày Hỡnh Biến thiờn hàm lượng sunfat điều kiện ngập nước 3.2.3 Kết khảo sát ảnh hƣởng đến trình phong hoá giải phóng KLN điều kiện ngập nƣớc 3.2.3.1 Kết nghiờn cứu ảnh hưởng pH đến giải phúng KLN điều kiện ngập nước Bảng Ảnh hưởng pH đến quỏ trỡnh giải phúng kim loại từ quặng điều kiện ngập nước pH Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn As Cd Pb ppb ppb mg/l ppb mg/l mg/l mg/l ppb ppb mg/l 6,5 72,22 KPH 0,32 0,73 0,664 0,114 0,189 KPH 1,75 0,06 5,0 78,44 43,96 0,50 9,22 1,386 3,164 1,543 10,12 10,48 0,34 4,0 80,13 68,91 1,09 20,14 1,669 16,871 6,587 27,31 113,4 2,01 3,0 84,89 138,9 8,41 33,45 1,789 71,608 11,010 54,63 569,79 8,77 2,0 98,77 260,4 15,8 50,14 2,012 91,671 15,561 103,4 614,56 12,66 90 80 70 Fe 60 Ni 50 Cu 40 Zn 30 Pb 20 10 6.5 pH Hỡnh 6a Ảnh hưởng pH đến quỏ trỡnh giải phúng Zn,Cu, Fe, Pb, Ni Nồng độ Cr, Mn, Co, As, Cd (ppb) Nồng độ Fe, Ni, Cu, Zn, Pb (mg/l) 100 700 600 500 Cr 400 Mn Co 300 As 200 Cd 100 pH 6.5 Hỡnh 6b Ảnh hưởng pH đến quỏ trỡnh giải phúng Cr, Mn, Co, As, Cd 3.2.3.1 Kết nghiờn cứu ảnh hưởng ion photphat đến quỏ trỡnh giải phúng KLN điều kiện ngập nước Để nghiờn cứu ảnh hưởng ion photphat đến khả giải phúng kim loại từ quặng pyrit, photphat cho vào pha nước với nồng độ tương ứng cho lần thực thớ nghiệm mg/l, 10 mg/l, 15 mg/l, 20 mg/l, 25 mg/l Thớ nghiệm thực nhiệt độ 27±1 0C, pH 7±0,1 Quỏ trỡnh tiến hành mục 3.1.4 Kết thể trờn bảng 9, hỡnh 7a 7b Bảng Ảnh hưởng ion photphat đến khả giải phúng kim loại từ quặng Photphat Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn As Cd Pb mg/l ppb ppb mg/l ppb mg/l mg/l mg/l ppb ppb mg/l 89,4 74,28 2,61 7,48 0,913 5.,98 2,369 15,54 17,58 0,56 10 85,6 56,78 2,13 5,32 0,879 3,457 1,265 31,89 13,65 0,46 15 81,8 39,93 1,73 2,62 0,825 1,433 0,782 47,02 8,65 0,36 20 75,2 26,92 0,85 2,23 0,795 1,129 0,692 60,61 5,50 0,23 25 69,4 18,54 0,84 1,18 0,849 0,442 0,341 100,02 4,98 0,15 Nồng độ Fe, Ni, Cu, Zn, Pb (mg/l) Fe Ni Cu Zn Pb 10 15 20 25 Nồng độ photphat Hỡnh 7a Ảnh hưởng ion photphat đến khả giải phúng kim loại Fe, Ni, Cu, Zn, Nồng độ Cr, Mn, Co, As, Cd (ppb) Pb 120 100 Cr 80 Mn 60 Co As 40 Cd 20 10 15 20 25 Nồng độ photphat Hỡnh 7b Ảnh hưởng ion photphat đến khả giải phúng kim loại Cr, Mn, Co, As,Cd 3.3 Kết nghiên cứu giải phóng KLN điều kiện xung có tích lũy 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 Để nghiờn cứu khả giải phúng cỏc KLN từ bói thải, quặng đuụi nghốo pyrit điều kiện xung, thớ nghiệm tiến hành mục 2.3.4 23 ngày đờm nhiệt độ 300C Kết khảo sỏt biến thiờn pH nồng độ cỏc ion kim loại khảo sỏt thể trờn bảng 10, hỡnh 8a 8b pH,nồng độ Fe, Cu, Zn, Pb (mg/l) 600 500 400 pH Fe 300 Cu Zn 200 Pb 100 10 11 12 14 15 16 17 18 19 21 22 23 Ngày Hỡnh 8a Biến thiờn pH nồng độ cỏc cỏc kim loại Fe, Cu, Zn, Pb điều kiện xung 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 xung3.3.2 Sự biến thiên nồng độ ion sunfat điều kiện xung Cựng với biến đổi nồng độ cỏc kim loại, thỡ nồng độ anion SO42- biến đổi theo thời gian Kết biểu thị trờn bảng 11 hỡnh Bảng 11 Biến thiờn 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 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 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 Hỡnh Biến thiờn 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 Trờn sở kết nghiờn cứu hai điều kiện phong hoỏ quặng pyrit ngập nước xung nước, sử dụng cỏc số liệu 22 ngày đầu để so sỏnh khả giải phúng kim loại từ hai điều kiện phong hoỏ cho cỏc số liệu sau: * Đồng Ngày 10 12 14 16 22 Ngập nước 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 10 12 14 16 22 Ngập nước 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 10 12 14 16 22 Ngập nước 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 10 12 14 16 22 0,276 3,129 2,981 1,502 1,231 0,734 0,736 Điều kiện * Sắt Ngày Điều kiện * Kẽm Ngày Điều kiện * Chỡ Ngày Điều kiện Ngập nước Xung 1,32 4,01 4,16 4,62 7,05 6,34 1,65 10 12 14 16 22 Ngập nước 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 10 12 14 16 22 Ngập nước 3,54 83,16 56,78 32,84 27,85 13,88 12,48 Xung 16,58 33,61 38,04 40,14 62,22 69,89 303,74 10 12 14 16 22 Ngập nước 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 10 12 14 16 22 Ngập nước 10,71 9,11 8,96 8,74 7,65 7,5 6,12 Xung KPH 6,52 16,56 18,32 19,01 21,46 90,84 10 12 14 16 22 * Mangan Ngày Điều kiện * Coban Ngày Điều kiện * Niken Ngày Điều kiện * Asen Ngày Điều kiện * Cadimi Ngày Điều kiện Ngập nước 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 10 12 14 16 22 Ngập nước 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 * Crom Ngày Điều kiện Nhỡn vào cỏc biểu đồ dạng cột dựng để so sỏnh nồng độ cỏc nguyờn tố biến thiờn quỏ trỡnh phong hoỏ quặng nhận thấy rằng: - Nồng độ ion kim loại điều kiện ngập nƣớc luụn giảm dần theo thời gian, cũn điều kiện xung thỡ tăng dần theo thời gian - Sự oxi hoỏ Fe2+ lờn Fe3+ thuỷ phõn Fe3+ thành Fe(OH)3 phụ thuộc nhiều vào pH KẾT LUẬN Quỏ trỡnh nghiờn cứu mụ hỡnh phũng thớ nghiệm để mụ khả giải phúng kim loại từ bói thải, quặng đuụi nghốo pyrit, cú thể rỳt kết luận sau: Mặc dự khụng hoàn toàn giống tự nhiờn - quỏ trỡnh phong húa chịu tỏc động đa chiều, phức tạp điều kiện mụi trường, phong hoỏ húa học quặng đường giải phúng kim loại vào mụi trường nước nguyờn nhõn gõy ụ nhiễm mụi trường Khả chuyển hoỏ từ sắt(II) lờn sắt (III) khả thuỷ phõn sắt(III) thành sắt(III)hydroxit vai trũ quan trọng, đụi mang tớnh định việc giải phúng cỏc KLN asen vào mụi trường nước Song song với quỏ trỡnh giải phúng kim loại từ quặng quỏ trỡnh chuyển hoỏ sunfua thành ion sunfat Khi thực quỏ trỡnh phong hoỏ kim loại điều kiện ngập nước thỡ khả giải phúng kim loại giảm dần theo thời gian tạo thành sắt(III) hydroxit Đồng thời cũn phụ thuộc vào pH mụi trường nồng độ số anion photphat Đặc biệt, asen nguyờn tố gõy ụ nhiễm mụi trường ảnh hưởng đến sức khoẻ người (cú thể gõy ung thư) giải phúng mạnh pha nước cú mặt ion photphat khả hấp phụ cạnh tranh pH giảm dần nồng độ cỏc ion kim loại giải phúng từ quặng điều kiện xung tăng dần theo thời gian Đặc biệt, pH pha nước giảm mạnh thỡ khả giải phúng kim loại tăng mạnh Nghiờn cứu hai điều kiện ngập nước thấm nước (xung nước) cỏc kết cho thấy nồng độ cỏc ion KLN điều kiện xung cao nhiều so với điều kiện ngập nước, đồng thời pH điều kiện xung thỡ giảm đặn xuống đến 2,1 điều kiện ngập nước thỡ pH mẫu thỡ tăng dần Do đú, để giảm thiểu ụ nhiễm cỏc KLN từ quặng đuụi thải quặng nghốo thỡ nờn lưu trữ, bảo quản quặng đuụi thải quặng nghốo cỏc ao, hồ ngập nước References Tiếng Việt Nguyễn Văn Bỡnh nnk, Đỏnh giỏ ụ nhiễm kim loại quặng nước sụng suối khu vực mỏ khai thỏc chế biến khoỏng sản- vấn đề giảm thiểu phũng chống Tuyển tập cỏc bỏo cỏo Khoa học Hội nghị mụi trường toàn quốc 2005 Nguyễn Thị Kim Dung (2011), Nghiờn cứu quỏ trỡnh ụ nhiễm asen mangan nước tỏc động mụi trường oxi hoỏ khử tự nhiờn ứng dụng xử lý chỳng nguồn, Luận ỏn tiến sĩ Hoỏ học, Đại học Quốc gia Hà Nội Hồ Sĩ Giao, Mai Thế Toàn (2011), Những điểm núng mụi trường hoạt động khai thỏc mỏ Việt Nam, Hội nghị khoa học kỹ thuật mỏ quốc tế 2010 Trần Tứ Hiếu,Nguyễn Văn Nội (2008), Cơ sở Hoỏ học mụi trường, Đại học Quốc gia Hà Nội Lờ Đăng Hoan nnk, Dũng Thải axit khai thỏc quặng sunfua Tạp Cụng nghiệp mỏ số 5, 1998 Lờ Đăng Hoan, Nguyễn Thỳy Lan (1999), Ngăn ngừa giảm thiểu tỏc động dũng thải axit quỏ trỡnh khai thỏc mỏ, Tạp Cụng nghiệp mỏ No 3,1999 Phạm Ngọc Hồ-Đồng Kim Loan-Trịnh Thị Thanh (2010), Giỏo trỡnh sở mụi trường nước, Nhà xuất giỏo dục Việt Nam Đặng Đỡnh Kim nnk (2011), Nghiờn cứu sử dụng thực vật để cải tạo đất bị ụ nhiễm kim loại nặng cỏc vựng khai thỏc khoỏng sản, đề tài cấp Nhà Nước KC08.04/06-10 Ngụ Đức Minh nnk (2005), Hàm lượng kim loại nặng (As, Cd, Cu, Pb, Zn) đất nụng nghiệp mối quan hệ với tớch lũy gạo Thạch Sơn- Lõm Thao- Phỳ Thọ, Dự ỏn SAREC REF/SWE 10 Hoàng Nhõm(2001), Hoỏ học vụ cơ, tập 2,3, Nhà xuất giỏo dục Việt Nam 11 Nguyễn Văn Nhõn (2001), cỏc mỏ khoỏng Nhà xuất ĐHQGHN 12 Đỗ Thị Võn Thanh – Trịnh Hõn (2011), Khoỏng vật học, nhà xuất Đại học Quốc gia Hà Nội 13 Đặng Trung Thuận (2000), Giỏo trỡnh địa hoỏ học, nhà xuất Đại học quốc gia Hà Nội 14 Vũ Lờ Tỳ (2002), Nghiờn cứu đỏnh giỏ mức độ ụ nhiễm số nguyờn tố độc hại cỏc số địa húa mụi trường nước, bựn đỏy đất khu mỏ pyrit Giỏp Lai sau khai thỏc Tuyển tập cỏc cụng trỡnh khoa học Đại học mỏ- Địa chất, số 39 15 Nguyễn Văn Tuấn, Bàn thờm làng ung thư Tạp mụi trường số 24, 2008 16 Lương Thị Hồng Võn, Hoàng Văn Mạnh nnk (2010), Sự tồn lưu chỡ, cadimi sản phẩm chố trồng vựng mỏ thiếc huyện Đại Từ, tỉnh Thỏi Nguyờn, Tạp Nghiờn cứu Phỏt triển bền vững, No 1(26), 2010 17 Phạm Tớch Xuõn nnk (2010), Vấn đề ụ nhiễm kim loại nặng hoạt động khai thỏc chế biến khoỏng sản kim loại miền bắc Việt Nam, Hội nghị khoa học kỷ niệm 35 năm Viện Khoa học Cụng nghệ Việt Nam, HN Tiếng Anh 18 A.Bauerek, M.Bebek,K.Bojarska, B.Smieja-Kro’l (2008), “Rain leaching of heavy metals from carbonate, Zn-Pb flotation wastes-Preliminary study” In HazWasteManagement: C9.3 19 Bates, M.N., Smith, A.H., and Hopenhayn-Rich, C (1992), Arsenic ingestion and internal cancers a review, Am.J.Epidemiol.135:462-476 20 Bo Elberling, Temperature and oxygen control on pyrite oxidation in fozen mine tailings Cold Regions Science and Technology 41 (2005) 121-133 21 Chakkaphan Sutthirat (2001), “Geochemical Application for environmental monitoring and metal mining management” Environmental Monitoring 22 Churl Gyu Lee,Hyo-Teak Chon, Myung Chae Jung (2011), “Heavy metal contamination in the vicinity of the Daduk Au-Ag-Pb-Zn mine in Korea”, Applied Geochemistry 16, 1377-1386 23 Cunningham, W.P and Saigo, B.W (2001), Environmental Science: A global concern 6thedt, McGraw-Hill Companies, Inc 24 Global Mining Campaign (2001), “The impact of handrock mining on the environment and human health”, Uccn puplished paper International Meeting, Warrenton, Virginia, USA September 15-19, 2001, 10pp 25 Iyengar V, Nair p (2000), “Global outlook on nutrition and the environment: meeting the challenges of the next millennium” Sci Total Environ; 249; 331-46 26 Jame W Moore, S Ramamoorthy (1984), Heavy metal in natural waters, SpringerVerlag Nework Berlin Heidelberg Tokyo 27 Lacatusu R, Rauta C, Carstea S, ghelase I (1996), “Soil-plant-man relationships in heavy metal polluted area in Romania”, Appl Geochem; 10:105-7 28 Liu H, Probst A, Liao B (2005), “Metal contamination of soils and crops affected by the Chenzhou lead/zinc mine spill” (Human China) science of the Total Environment 339:53166 29 Manfred Felician Bitala (2008), Evaluation of heavy metals pollution in soil and plants ảccued from gold mining activities in Geita, Tanzana, University of Dar es Salaam 30 Montgomery CW (2003), Environment Geology, 6th edition McGraw-hill Companies, Inc., 1221 Aveneu of the Americans, New York 31 Moran, J.M, Morgan, M.D and Wiersma, J.H (1980), Introduction to environmental science, W.H.Freeman Company, Sanfrancisco 32 Navarro Flores Andr’es, M.S Francisco (2008), Efects of sewage sludge application on heavy metal leaching from mine tailing impoundments Bioresource Technology 99, 7521-7530 33 Plunket E.R (1987), handbook of industrial toxicity, 3rd edition, Edward Amold Ltd, Victoria, Australia 34 Poul H Simms at al (2000), A laboratory evaluation of metal release and transport in flooded pre-oxidized mine tailings Applie geochemistry 15, 1245- 1236 35 Peraza M.A, Felix A.P., Baker D.S., Casarez E And Rael L.T, 1998 Efects of Micronutrients on Metal toxicity Environ Health Perspectives, supplements, Vol.106,N51, Feb 36 Teng Yanguo, Ni Shijun, Jiao Pengcheng, Deng Jian, Zhang Chengjiang, and Wang Jinsheng (2008), “Eco-Environmental Geochemistry of heavy metal pollution in Dexing Mining Area”, Vol.23 No.4 Chinese journal of geochemistry 37 Tran hong Con, Nguyen Thi Hanh, Michael Berg and Pham Hung Viet (2001), chapter “Investigation of arsenic release from sediment minerals to water phases” Asenic Exposure and Health Effects V(editor by W.R.Chappell, C.O.Abernathy, R.L.Calderon and D.J.Thoma),2003 published by Elsevire B.V 38 Tu’’rkdogan MK, Kilicel Fevzi, Kara Lazim, tuncer Ilyas, Uygan Ismail (2003), “Heavy metals in soil, vegetables aand fruits in the endemic upper gastrointestinal cancer region of Turkey”, Environ Toxicon Pharmacol; 13(3):175-9 39 UNEP, WWF, EPA, SEDESOL and VROM (1995), Mining support package: metallic Ores and Minerals, Proceedings of the fourth International Conference on environmental compliance and forcement, April 1996, Bankok Thailand 40 WHO, FAO and IAEA (1996), trace elements in human nutrition and health, WHO, Geneva 41 Williams, L.K and Langley, R.L, (2001), Environmental health secrets, Hanley and Belfus, Inc, Philadelphia 42 Zhixun Lin (1997), Mobilization and retention of heavy metal in mill-tailings from Garpenberg sulfide mines, Sweden The Science of the Total Environment 198,13-31 43 Zhu.Y.G.,Yang J.C, 2004: effects of soil amend on lead uptake by two vegetable crops from a lead –contaminated soil from Anhui, China Eviroment international 30, 352-356