Việc nghiên cứu chế tạo các vật liệu hấp phụ có nguồn gốc từ các khoáng tự nhiên có khả năng hấp phụ cao các chất phóng xạ và các kim loại nặng có trong nước thải của quá trình khai thác và chế biến quặng phóng xạ với chi phí thấp là một hướng đi ưu tiên trong lĩnh vực chế tạo vật liệu để xử lý môi trường.
Trong khai thác và chế biến quặng phóng xạ vấn đề xử lý chất thải dạng lỏng là một vấn đề rất quan trọng. Kết quả nghiên cứu về đặc điểm thành phần chất thải phát sinh từ quá trình khai thác chế biến quặng đất hiếm và quặng urani trong nước cho thấy tổng hoạt động phóng xạ và hàm lượng U, Th, Ra và các kim loại nặng khác đi kèm cao gấp hàng trăm tới hàng nghìn lần quy chuẩn cho phép xả thải ra ngoài môi trường. Nước thải này nếu thải trực tiếp ra môi trường, sẽ là nguồn gây ô nhiễm phóng xạ nghiêm trọng.
Để xử lý nước thải loại này, người ta thường sử dụng các phương pháp như hấp phụ/trao đổi ion, kết tủa, thẩm thấu ngược, tách chiết bằng dung môi, v.v. Tuy nhiên, những phương pháp này thường có giá thành cao. Do đó, việc nghiên cứu chế tạo các vật liệu hấp phụ có nguồn gốc từ các khoáng tự nhiên có khả năng hấp phụ cao các chất phóng xạ và các kim loại nặng có trong nước thải của quá trình khai thác và chế biến quặng phóng xạ với chi phí thấp là một hướng đi ưu tiên trong lĩnh vực chế tạo vật liệu để xử lý môi trường.
Nước thải thải ra môi trường chứa một lượng phóng xạ lớn trong quá trình khai thác và chế biến quặng phóng xạ (Ảnh minh hoạ - nld.com)
Từ yêu cầu thực tế đó, các nhà khoa học của Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện kim (VIMLUKI) đã tiến hành thực hiện đề tài: “Nghiên cứu, chế tạo vật liệu hấp phụ và công nghệ xử lý nước thải chứa phóng xạ trong ngành khai thác và chế biến quặng phóng xạ”. Đây là đề tài cấp Quốc gia, thuộc Đề án Phát triển ngành công nghiệp môi trường đến năm 2015, tầm nhìn đến năm 2025 do TS. Nguyễn Thúy Lan (VIMLUKI) làm chủ nhiệm.
Lựa chọn phương pháp thực nghiệm
Nhóm nghiên cứu lựa chọn quặng bentonit Bình Thuận đã được tinh chế với hàm lượng montmorillonit 51,1% cùng một số nguyên liệu phụ trợ khác như kaolin, bột cưa, đá ong để làm nguyên vật liệu thực nghiệm.
Để chế tạo vật liệu hấp thụ, quặng bentonit được đánh tơi, chà xát và ngâm cho trương. Sau đó tiến hành tuyển thủy xyclone trên máy tuyển thuỷ xyclon với các điều kiện: nồng độ pha rắn R=10%; áp lực cấp liệu P=2,5 at. Sản phẩm sau tuyển thủy xyclon được lọc, sấy khô và nghiền nhỏ đến kích thước ≤300µm.
Còn các chất phụ trợ được nghiền tới kích thước phù hợp. Sau đó, đem phối cùng bentonit thu được sau quá trình tuyển thủy xyclon theo tỷ lệ % về khối lượng như sau: bentonit (70%), đá ong (20%), các chất phụ trợ khác (10%). Hỗn hợp này được trộn đều trong máy phối liệu có dung tích 5kg/mẻ và tốc độ quay tối đa 200 vòng/phút. Sau khi phối liệu xong, hỗn hợp được chuyển qua công đoạn tạo hạt để thu nhận hạt có kích thước từ 1-2 mm. Hạt được nung ở nhiệt độ từ 500-5500C trong khoảng thời gian 2 giờ.
Đối với việc xác định lượng hấp phụ của các ion U, Th, Fe và Mn trên vật liệu, nhóm nghiên cứu tiến hành chuẩn bị dung dịch urani, thori và dung dịch Fe, Mn với nồng độ nhất định. Để điều chỉnh độ pH của dung dịch đã sử dụng dung dịch đệm axetat natri để điều chỉnh pH trong khoảng 2,5-5,5 và sử dụng NaOH để điều chỉnh độ pH trong khoảng 5,5-8,0. Lấy 500 ml các dung dịch này cho vào các cốc 1 lít, cho vào đó 10g bentonit, đặt lên máy lắc với tốc độ 140 vòng/phút.
Sau khi hấp phụ bão hòa, lấy 60ml dung dịch ra lọc và tiến hành xác định nồng độ các ion trong dịch lọc. Nồng độ của các kim loại nặng được xác định trên thiết bị ICP hoặc bằng phương pháp đo quang, độ pH dung dịch được xác định bằng máy đo pH. Trước lúc tiến hành mỗi thí nghiệm, vật liệu hấp phụ có nền bentonit được điều chỉnh đến độ pH tương tự như độ pH làm việc của dung dịch đệm. Lượng ion kim loại được hấp phụ bởi vật liệu hấp phụ (mg/g) được xác định từ sự chênh lệch nồng độ trước và sau hấp phụ.
Những giá trị đạt được
Sau hơn 2 năm thực hiện, đề tài đã thu được những kết quả tích cực không chỉ về mặt khoa học công nghệ mà còn đáp ứng các giá trị về kinh tế - xã hội và môi trường. Cụ thể, về hiệu quả khoa học và công nghệ, vật liệu hấp phụ chế tạo được trên nền khoáng bentonit tự nhiên đã được ứng dụng thử nghiệm để xử lý nước thải chứa các nguyên tố phóng xạ sinh ra từ quá trình chế biến thử nghiệm quặng urani và quặng đất hiếm cho các kết quả rất khả quan. Vật liệu chế tạo được cũng đã được dùng thử nghiệm để xử lý nước thải có chứa các kim loại nặng độc hại và đạt hiệu quả xử lý cao.
Vật liệu hấp thụ và xử lý nước thải chứa phóng xạ (Ảnh: MOST)
Về hiệu quả kinh tế xã hội, kết quả của đề tài góp phần quan trọng trong việc hình thành và phát triển ngành công nghiệp chế biến khoáng bentonit và sản xuất chất hấp phụ nền bentonit để xử lý các chất phóng xạ và kim loại nặng. Sản phẩm của đề tài được chế tạo từ nguồn nguyên liệu trong nước với nguyên liệu chính là khoáng bentonit với trữ lượng phong phú trong nước. Đây chính là lợi thế tạo ra cơ sở vững chắc để từng bước nâng cao chất lượng, giảm giá thành sản phẩm và khi áp dụng vào sản xuất quy mô lớn sẽ dần dần thay hàng nhập ngoại.
“Kết quả nghiên cứu của đề tài góp phần cải thiện chất lượng nước thải sản xuất của doanh nghiệp chế biến khoáng sản có chứa nguyên tố phóng xạ, giúp doanh nghiệp đảm bảo tuân thủ các quy định pháp luật về mặt môi trường" - TS. Nguyễn Thúy Lan nhấn mạnh.
Đáng chú ý, nước thải sau khi được xử lý đạt tiêu chuẩn có thể được tuần hoàn tái sử dụng trong sản xuất của doanh nghiệp, đáp ứng tiêu chí về môi trường, phát triển bền vững mà ngành khai thác và chế biến khoáng sản đang hướng tới. Kết quả của đề tài cũng giúp giảm nguy cơ rủi ro sự cố và ô nhiễm phóng xạ (nếu có thể xảy ra). Đồng thời, đảm bảo sức khỏe cộng đồng và an sinh xã hội, góp phần bảo vệ tài nguyên rừng, đa dạng sinh học, hệ sinh thái (khi nước thải đảm bảo chất lượng, không thất thoát ra ngoài môi trường) và bảo vệ tài nguyên nước.
Betonit là loại sét khoáng có tính trương nở và có độ nhớt cao chủ yếu được hình thành bởi sét montmorillonite. Do cấu tạo đặc biệt và hàm lượng silic dioxit cao bên bentonite có khả năng hấp thụ độc tố, diệt nấm mốc cao làm tăng hiệu quả sử dụng của thức ăn chăn nuôi. Trong môi trường, bentonic giúp cải tạo đất và tăng khả năng giữ ẩm cho đất vào mùa khô. Ngoài ra, bentonit còn làm tăng độ bền cơ học, tăng tính dẻo và làm cho cấu trúc đất tăng tính trương và giữ được dưỡng chất cần thiết trong đất; hạn chế hoặc chống lại sự rửa trôi các chất dinh dưỡng về mùa mưa. Tại Việt Nam, các mỏ benonit phân bố rải rác ở các địa phương như Di Linh (Lâm Đồng), Cổ Định (Thanh Hóa). Đến nay, bentonite phần lớn chỉ được sử dụng làm nguyên liệu sản xuất dịch khoan cho ngành dầu khí, khoan cọc nhồi... làm phụ gia chống thấm cho lòng hồ thủy điện, sân golf. |
Minh Khuê
