Hiện nay, ở Việt Nam đang có 2 nhà máy sản xuất alumin ở qui mô công nghiệp do Tập đoàn Công nghiệp Than - Khoáng sản Việt Nam (TKV) quản lý là nhà máy alumin Tân Rai-Lâm Đồng và Nhân Cơ-Đắk Nông có công suất thiết kế mỗi nhà máy là 650.000 tấn alumin/năm. Bùn đỏ của 2 nhà máy hiện tại đang được xử lý bằng công nghệ thải ướt. Tuy nhiên, với xu thế chung của thế giới, nhằm mục tiêu nâng cao an toàn môi trường, mức độ thu hồi xút, Al2O3,..lập đoàn TKV đã giao cho Viện KHCN Mỏ - Vinacomin triển khai đề tài “Nghiên cứu xử lý bùn đỏ nhà máy alumin Tân Rai - Lâm Đồng bằng công nghệ thải khô”. Trong bài viết này, các tác giả giới thiệu tóm tắt kết quả nghiên cứu và đề xuất phương án công nghệ thải khô thay thế cho thải ướt bùn đỏ nhà máy alumin Tân Rai - Lâm Đồng.
1. Đặt vấn đề
Bùn đỏ là chất thải phát sinh trong quá trình sản xuất alumin từ quặng bauxit bằng phương pháp Bayer, là hỗn hợp các chất chủ yếu gồm oxit silic, sắt,…và một lượng kiềm dư thừa trong quá trình sản xuất alumin. Việt Nam là một trong những nước có trữ lượng bauxit lớn trên thế giới, khoảng 5,5 tỷ tấn, tập trung chủ yếu ở các tỉnh vùng Tây Nguyên như Lâm Đồng, Đắk Nông,… Hiện nay, ở Việt Nam đang có 2 nhà máy sản xuất alumin ở qui mô công nghiệp do Tập đoàn Công nghiệp Than – Khoáng sản Việt Nam (TKV) quản lý là nhà máy alumin Tân RaiLâm Đồng và Nhân Cơ-Đắk Nông có công suất thiết kế mỗi nhà máy là 650.000 tấn alumin/năm lần lượt đi vào vận hành thương mại từ năm 2013 và năm 2017. Theo thiết kế và thực tế vận hành 2 nhà máy, để sản xuất ra 1 tấn alumin thải ra khoảng 1,05 tấn bùn đỏ khô và khoảng 2 m3 dung dịch đi kèm. Bùn đỏ trước khi thải ra sẽ được rửa ngược dòng 6 lần để tận thu kiềm và Al2O3 . Tuy nhiên, lượng kiềm dư đi kèm bùn đỏ dẫn đến độ pH của bùn dao động từ 10÷12,2, đây là tác nhân chính có nguy cơ gây ô nhiễm môi trường nếu không có giải pháp quản lý chặt chẽ. Bùn đỏ của 2 nhà máy hiện tại đang được xử lý bằng công nghệ thải ướt, theo đó dung dịch bùn đỏ được bơm ra các hồ chứa, chia thành các khoang lắng có các lớp chống thấm để kiềm bám dính bùn đỏ không bị thẩm thấu vào nước ngầm, dung dịch thu hồi bằng thẩm thấu qua lớp lọc dưới đáy hồ và ngưỡng tràn của các giếng thu trong lòng hồ. Phần lớn dung dịch thu hồi được bơm ngược về nhà máy để tái sử dụng, một phần được xử lý (bằng phương pháp trung hòa) đạt tiêu chuẩn trước khi xả thải ra ngoài môi trường. Tuy nhiên, với xu thế chung của thế giới, nhằm mục tiêu nâng cao an toàn môi trường, mức độ thu hồi xút, Al2O3,…Tập đoàn TKV đã giao cho Viện KHCN Mỏ - Vinacomin triển khai đề tài “ Nghiên cứu xử lý bùn đỏ nhà máy alumin Tân Rai - Lâm Đồng bằng công nghệ thải khô. Trong bài viết này, các tác giả giới thiệu tóm tắt kết quả nghiên cứu và đề xuất phương án công nghệ thải khô thay thế cho thải ướt bùn đỏ nhà máy alumin Tân Rai – Lâm Đồng.
2. Kết quả nghiên cứu
2.1. Hiện trạng công tác xử lý bùn đỏ nhà máy alumin Tân Rai
Hiện trạng qui trình xử lý bùn đỏ nhà máy alumin Tân Rai như sau: Bùn đỏ sau công đoạn rửa ngược 6 lần có nồng độ chất rắn ~400÷500 g/l được bơm thẳng ra các khoang chứa bùn với chế độ vận hành đồng thời 2 khoang chứa, khi xả bùn vào khoang số 1 thì khoang số 2 có chức năng dự phòng điều tiết nước mưa cho khoang số 1. Khi dừng cấp bùn đỏ, đóng khoang số 1 thì xả bùn đỏ vào khoang số 2 và dùng khoang số 3 làm dự phòng, tiếp tục luân phiên như vậy với các khoang chứa tiếp theo. Với công nghệ như trên, bùn đỏ được bơm ra khoang chứa, để lắng tự nhiên, thu hồi dung dịch xút thẩm thấu và xút loãng chảy tràn về giếng thu hồi, sau đó được bơm trở lại nhà máy phục vụ sản xuất. Về mùa mưa khi lượng nước vượt nhu cầu sử dụng thì phải xử lí đảm bảo đạt qui chuẩn trước khi xả thải ra ngoài môi trường. Phần rắn sẽ được lưu giữ trong khoang, cho đến khi đầy khoang thì dừng xả, tháo khô sau đó được chôn lấp đất, hoàn thổ trồng cây phục hồi môi trường (Sơ đồ công nghệ thải bùn đỏ nhà máy alumin thể hiện trên hình 1).
Hình 1. Sơ đồ xử lí bùn đỏ nhà máy alumin Tân Rai
Kết quả theo dõi hiện trạng công tác xử lý bùn đỏ của nhà máy alumin Tân Rai cho thấy:
- Bùn đỏ có thành phần độ hạt rất mịn, cấp hạt <0,05mm chiếm hơn 95%. Tỉ lệ cấp hạt mịn cao được cho là nguyên nhân gây khó khăn cho việc thấm thấu qua lớp lọc dưới đáy hồ bùn đỏ;
- Kết quả phân tích thành phần hóa học của bùn đỏ cho thấy đều dưới ngưỡng chất thải nguy hại theo QCVN 50:2013/BTNMT,QCVN 07:2009/BTNMT, thuộc loại chất thải rắn thông thường, tuy nhiên độ pH của các mẫu bùn đỏ đều cho kết quả pH từ 10÷12,2 nên bùn đỏ phải được bảo quản lưu giữ chặt chẽ đảm bảo không gây ô nhiễm môi trường;
- Lưu lượng bùn bơm ra trung bình khoảng 163 m3 /h lớn hơn nhiều so với thiết kế là 117 m3 /h nguyên nhân do nồng độ L/R thực tế khoảng 1,65 lớn hơn so thiết kế 1,15;
- Nước thu hồi tuần hoàn gồm dung dịch đi kèm bùn đỏ và nước mưa nhiễm xút. Hàm lượng Na2 Ok trong nước tuần hoàn quay lại nhà máy giao động từ 1,6 ÷ 3,81 g/l;
- Kết quả quan trắc định kỳ tại khu vực nhà máy tuyển và nhà máy alumin trong các năm 2016, 2017, 2018 tại các vị trí khu vực hồ chứa bùn đỏ và lân cận cho thấy chất lượng môi trường không khí khá tốt, hầu hết các thông số ô nhiễm không khí (TSP, SO2 , CO, NO2, NH3, H2S) đều nằm trong giới hạn quy định của QCVN 05:2013/BTNMT;
- Kết quả quan trắc nước ngầm các giếng khoan xung quanh hồ bùn đỏ trong các đợt từ năm 2016 đến 2018 cho thấy: Giá trị pH thường dao động trong khoảng từ 5 ÷ 7, không có dấu hiệu thẩm thấu xút từ lòng hồ bùn đỏ ra bên ngoài. Hàm lượng các chất khác đều nằm trong giới hạn cho phép, hồ bùn đỏ không gây ảnh hưởng đến môi trường đất;
- Hiện nay công tác hoàn thổ khoang số 1 đang có một số bất cập: khoảng thời gian giữa thời điểm kết thúc đổ thải và bắt đầu đổ đất hoàn thổ chỉ tạo được một lớp bùn cứng nhất định trên mặt khoang, bên dưới vẫn là tầng bùn nhão có chiều sâu lớn, đặc biệt là khu vực giữa khoang đã gây nhiều khó khăn cho việc san lấp mặt bằng và hoàn thổ khi đóng hồ. Cần phải có thời gian giữa các lần đắp đất do hiện tượng sụt lún mặt bằng. Khối lượng đất đắp hoàn thổ cho khoang số 1 tính đến tháng 3/2018 đã là 139.000m3, trung bình dày 0,8m lớn hơn so thiết kế 0,3m. Khối lượng đất đắp phục vụ hoàn thổ sẽ còn tăng thêm nếu bề mặt hồ bùn đỏ sau khi san lấp tiếp tục có sụt lún.
2.2. Kết quả thử nghiệm thải khô bùn đỏ nhà máy alumin Tân Rai
Để đánh giá khả năng thải khô bùn đỏ nhà máy alumin Tân Rai – Lâm Đồng. Đề tài đã thực hiện thử nghiệm lọc ép bùn bằng thiết bị lọc ép khung bản và đổ thải bùn sau lọc trên mô hình thực tế.
2.2.1. Kết quả thử nghiệm lọc ép bùn đỏ
Thiết bị thử nghiệm lọc ép bùn đỏ là hệ thống máy lọc ép khung bản loại 800x800 công suất >1,5 tấn/giờ. Trong thời gian từ tháng 1/2019 đến tháng 5/2019 đã lọc được gần 2.000 tấn bùn đỏ, các thông số kỹ thuật chủ yếu theo dõi trong quá trình thử nghiệm gồm:
- Thời gian lọc, áp lực nén, lưu lượng bùn vào lọc, năng suất lọc, độ ẩm bánh lọc,...
- Tính chất cơ học đất, độ đầm chặt, độ ẩm của bùn đỏ sau lọc khi phơi tự nhiên.
Kết quả thử nghiệm thể hiện trong các bảng 1÷8.
Kết quả thử nghiệm lọc ép bùn đỏ và phân tích tính chất cơ lý của bùn đỏ sau lọc từ nhà máy alumin Tân Rai Lâm Đồng đã đi đến kết luận sau:
- Hiệu suất lọc bùn đỏ đạt giá trị tốt nhất với độ ẩm <28% khi: Áp lực bơm nén > 7at; Nồng độ pha rắn >400 g/l; thời gian lọc 40÷50 phút/mẻ;
- Dung dịch thu hồi sau lọc ép bùn đỏ có hàm lượng Na2Ok khoảng 3,2 g/l và 2,7 g/l Al2O3; - Khối lượng riêng của bùn sau lọc khi độ ẩm 0%: 2880 kg/m3;
- Khối lượng thể tích khi sau khi lu lèn K≥0,9 tại độ ẩm 26% là 2090 kg/m3; - Khối lượng đổ đống bùn đỏ sau khi lọc tại độ ẩm 28% là 1.610 kg/m3;
- Độ đầm chặt phụ thuộc nhiều vào độ ẩm của bùn đỏ. Độ đầm chặt bùn đỏ Kp =1 khi độ ẩm bùn đỏ khoảng 20÷21%; Kp≥ 0,9 khi độ ẩm trong khoảng 26÷27% và Kp ≥ 0,95 khi độ ẩm trong khoảng 24÷25%;
- Khi độ đầm chặt bùn đỏ Kp≥0,9 bùn đỏ có tính thấm là rất nhỏ, khi Kp≥0,95 xem như không thấm. Khả năng chịu nén lún, cắt của bùn đỏ sau khi đầm chặt là rất cao. Khi độ đầm chặt Kp ≥0,9 bùn đỏ có tính chất cơ học tương đương vật liệu làm đường cấp 3 và cấp 4.
2.2.2. Kết quả thử nghiệm đổ thải bùn đỏ
Căn cứ thực tế kinh nghiệm xây dựng bãi chứa bùn đỏ khô nhà máy alumin trên thế giới; căn cứ các kết quả nghiên cứu tính chất cơ học bùn đỏ nhà máy alumin Lâm Đồng, đề tài đã thử nghiệm đổ thải bùn đỏ sau lọc ép trên bãi chứa với kích thước cơ bản: Chiều dài x rộng x cao = 25x25x4,5 m. Kết cấu bãi chứa gồm hệ thống đê bao bằng đất cao 2 m có độ đầm chặt Kp≥0,95, lớp chống thấm bằng đất sét đầm chặt Kp≥0,95 dày 300 mm và lớp HDPE dày 1,5 mm, hệ thống ống quan trắc nước ngầm, nước thẩm thấu và hệ thống rãnh thoát nước mặt quanh bãi chứa.
Hình 2. Một số hình ảnh thử nghiệm lọc bùn đỏ nhà máy alumin Tân Rai bằng thiết bị lọc ép khung bản
Qui trình thử nghiệm gồm các công đoạn: Vận chuyển bùn sau lọc ra bãi chứa → hong phơi bùn đến độ ẩm khoảng 26% → lu nèn các lớp có chiều khoảng 0,3 m đến độ đầm chặt 0,9÷0,95 → đổ đất phủ dày 0,3m khi đạt chiều cao đổ thải 4,5 m → trồng cỏ trên nền đất phủ bãi chứa. Các thông số theo dõi trong quá trình thử nghiệm là tính ổn định và các thông số về môi trường của bãi chứa.
Quá trình thực nghiệm xây dựng bãi chứa bùn đỏ dạng khô tại nhà máy alumin Lâm Đồng đã rút ra một số nhận xét sau:
+ Dưới chân bãi chứa bùn đỏ khô phải có hệ thống đê đắp bằng đất bao quanh che chắn, có độ đầm chặt k≥0,95 đảm bảo không sạt lở;
+ Xung quanh và ở giữa bãi chứa bùn đỏ khô phải có hệ thống thu gom nước mưa và phải xử đảm bảo chất lượng nếu xả thải;
+ Đáy của bãi chứa bùn đỏ khô phải được chống thấm bằng đất sét tự nhiên hoặc màng HDPE ngăn ngừa thẩm thấu dịch gây ô nhiễm môi trường;
+ Bùn đỏ trên bãi chứa cần phải được hong khô đến độ ẩm thích hợp và lu nèn chặt. Độ đầm chặt K ≥0,9 khi độ ẩm không vượt quá 26%. Độ đầm chặt đạt Kp ≥0,95 khi độ ẩm không vượt quá 25%;
+ Bùn đỏ trên bãi chứa được lu lèn theo qui trình làm nền đường, theo đó trước khi lu lèn san gạt tạo lớp bùn đỏ không quá 0,3m. Chiều dày lớp bùn đỏ phụ thuộc vào trọng lượng của xe lu và kết quả thử nghiệm thực tế số lần lu, từ đó đưa ra qui trình lu cho mỗi loại máy thi công lu. Khu vực bờ đê và taluy cần đầm chặt Kp≥0,95, khu vực trong đễ và giữa bãi chứa K≥0,9. Bùn đỏ có thể đắp chồng cao, góc dốc taluy bãi chứa 1:2,5 đảm bảo độ ổn định, không gây trượt lở, biến dạng bề mặt;
+ Bùn đỏ được thi công đầm chặt theo từng lớp k≥0,9 và kết cấu đáy bãi chứa có lớp màng bảo vệ HDPE nên không có hiện tượng thẩm thấu vào nước ngầm; + Quá trình hoàn thổ, trồng cây, phục hồi môi trường dễ dàng thực hiện;
+ Nước mưa chảy tràn trên bề mặt bãi chứa trong quá trình đổ thải nhiễm xút, giá trị pH>9 cần phải thu gom xử lí tái sử dụng hoặc xả thải khi đạt các qui chuẩn về môi trường. Sau khi hoàn thổ trồng cây, nước mưa chảy tràn trên bãi chứa cần tiếp tục được theo dõi quản lí chất lượng xử lí đảm bảo qui chuẩn môi trường.
Hình 4. Cấu tạo các lớp mặt cắt mô hình thử nghiệm và một số hình ảnh thực tế trong quá trình thử nghiệm
2.3. Đề xuất phương án thải khô bùn đỏ nhà máy alumin Tân Rai
Trên cơ sở kết quả nghiên cứu lọc ép bùn đỏ bằng thiết bị lọc ép khung bản, đổ thải bã bùn sau lọc ép trên mô hình thử nghiệm và thực tế sản xuất, đề tài đề xuất phương án thải khô bùn đỏ nhà máy alumin Tân Rai gồm các công đoạn chính như sau:
1. Công đoạn lọc ép bùn đỏ bằng thiết bị lọc ép khung bản:
Dung dịch bùn đỏ từ nhà máy alumin được hệ thống bơm vận chuyển đưa về các thùng chứa cấp liệu của xưởng lọc ép. Từ thùng cấp liệu, bùn đỏ được máy bơm bùn áp lực cao >7at bơm vào máy lọc ép khung bản, xút lõang thu hồi chảy về thùng tập trung và được hệ thống bơm chuyển về nhà máy alumin tái sử dụng. Bã bùn đỏ sau lọc được băng tải chuyển về kho chứa có mái che trong trường hợp trời mưa hoặc ô tô vận chuyển lên bãi chứa khi mưa ít đến không mưa.
2. Công đoạn thải bùn đỏ sau lọc ép:
Gồm trình công đoạn thi công bãi chứa và công đoạn đổ thải bùn đỏ. Công đoạn thi công bãi chứa bùn đỏ sau lọc ép có trình tự chung như sau:
- Lựa chọn vị trí bãi chứa;
- Dọn mặt bằng, nạo vét hết lớp đất mùn của lòng hồ;
- Lu lèn đáy hồ đạt độ chặt là K≥ 0,90 ÷ 0,95; - Xây dựng hệ thống thu gom nước mặt và xử lý nước bãi chứa;
- Xây dựng đập chắn cơ bản;
- Xây dựng đường ra vào bãi chứa;
- Xây dựng rào chắn, biển hiệu;
- Xử lý chống thấm, trải lớp HDPE dày 1,5mm và hệ thống ống thu nước trên toàn bộ lòng hồ. Công đoạn đổ thải bùn đỏ khô bao gồm các yêu cầu cơ bản như sau:
- Bãi chứa chia làm 2 khu luân phiên: Khu đổ thải, san gạt phơi hong khô và khu lu đầm chặt; - Đối với khu vực bờ ta luy thực hiện lu đầm đạt K≥ 0,95;
- Đối với khu vực phía trong bờ taluy đến giữa bãi chứa thực hiện lu đầm đạt giá trị K≥ 0,9;
- Đối với mùa khô khi đổ thải, thực hiện đổ thải và san gạt theo lớp với chiều dày lớp bùn đỏ khô từ 0,4 ÷0,6 m. Sau khi phơi 1-2 ngày, tiến hành kiểm tra độ ẩm bùn đỏ nếu đạt giá trị <26% thì tiến hành lu đầm chặt. Trường hợp mưa bất thường >16mm thì dừng không đổ thải và lu lèn. Khi không mưa nếu độ ẩm bùn đỏ <26% thì tiếp tục tiến hành đổ thải san gạt và lu đầm;
- Đối với mùa mưa khi đổ thải, thực hiện đổ thải và san gạt theo lớp với chiều dày lớp bùn đỏ khô từ 0,2 ÷0,4 m. Sau khi phơi 1-2 ngày, tiến hành kiểm tra độ ẩm bùn đỏ nếu đạt giá trị <26% thì tiến hành lu đầm chặt. Trường hợp mưa bất thường >16 mm thì dừng không đổ thải và lu lèn. Vào giữa mùa mưa từ tháng 7 đến tháng 9 hàng năm khi lượng mưa lớn, kéo dài thì không tiến hành đổ thải san gạt lu đầm. Tuy nhiên tùy theo điều kiện thực tế thời tiết khí hậu có thể điều chỉnh thời gian thi công cho phù hợp;
- Trình tự đổ thải từ dưới lên trên;
- Chiều cao tầng thải: Chiều cao tầng thải được lựa chọn trên cơ sở so sánh công nghệ đổ thải theo tầng cao và theo lớp trên phương diện về cung độ vận tải, khối lượng san gạt và điều kiện ổn định bãi chứa bùn đỏ khô. Chiều cao tầng thải được tính toán với từng phương án cụ thể.
3. Công đoạn thu hồi nước mưa bãi chứa:
Nước mưa chảy qua bãi thảnh bùn đỏ sẽ bị nhiễm kiềm và có độ pH đến 12, vì vậy toàn bộ nước mưa trong lòng bãi chứa, mặt đê và sườn tầng, trong lòng hồ thu nước đều phải được thu hồi, không để chảy ra môi trường.
Hệ thống thu hồi nước mưa từ măt đê, sườn tầng bãi chứa: Nước mưa rơi xuống mặt tầng và sườn tầng thải được tập trung về hệ thống rãnh thoát nước chân tầng thải, chảy xuống hồ môi trường. Dọc theo các rãnh thoát chân tầng bố trí các hố thu nước trung gian (hố thu nước giảm xung, lắng cặn).
Hệ thống thu hồi nước mưa trên mặt bãi chứa bùn đỏ khô: Toàn bộ nước mưa trên mặt bãi chứa được thu gom vào giếng đứng, qua hệ thống cống ngầm chảy về hồ môi trường. Giếng đứng kết cấu bằng BTCT đường kính 2,0 m . Chiều cao của giếng được thi công xây dựng phụ thuộc vào chiều cao của lớp bùn đỏ đổ thải. Mỗi đợt thi công nâng chiều cao 5÷8m. Xung quanh thành giếng có để các lỗ thu nước đường kính 200 mm. Khi bùn đỏ san gạt lu lèn gần tới các lỗ thu nước thì lần lượt đóng lại. Phía đáy giếng có hố tiêu năng. Toàn bộ nước mưa trên bãi chứa bùn đỏ được chạy qua giếng vào hệ thống cống ngầm BTCT đường kính 1,2m và chảy về hồ môi trường.
4. Công đoạn xử lý nước bãi chứa:
Hồ môi trường được xây dựng để lưu giữ toàn bộ nước mưa từ bề mặt, chân tầng bãi chứa bùn đỏ dùng cho tuần hoàn cấp về nhà máy alumin tái sử dụng. Trong trường hợp lượng mưa quá lớn không sử dụng hết thì phải xử lí, nước thải sau xử lý đạt QCVN 40:2011/BTNMT cho tháo ra hệ thống thoát nước chung của khu vực..
Dung tích chứa nước của hồ môi trường được tính toán đủ khả năng chứa cho 5 ngày mưa liên tiếp lớn nhất trong vòng 30 năm. Dung tích chứa của hồ môi trường tỷ lệ nghịch với công suất của trạm xử lý, tức là hồ môi trường có dung tích chứa càng lớn thì công suất thiết kế của trạm xử lý càng nhỏ và ngược lại.
5. Công đoạn hoàn thổ, cải tạo và phục hồi môi trường:
Bãi chứa sau khi kết thúc đổ thải được được san gạt phẳng bề mặt, bạt thoải sườn dốc (nếu cần thiết), phủ một lớp HDPE dày 0,5mm sau đó đổ lớp đất màu dày 0,5m, xây dựng các công trình tiêu thoát và theo dõi, kiểm soát chất lượng nước. Kết thúc là giai đoạn phục hồi thảm thực vật chủ yếu cho mục đích lâm nghiệp.
3. Đề xuất lựa chọn vị trí địa điểm bãi chứa bùn đỏ khô
3.1. Các phương án địa điểm xây dựng bãi chứa bùn đỏ khô
Trên cơ sở kết quả nghiên cứu, khảo sát, đánh giá khả năng sử dụng các khu vực mỏ quặng bau xit đã khai thác, các thung lũng đã được qui hoạch hồ chứa bùn đỏ ướt làm bãi chứa bùn đỏ khô, đặc thù thời tiết mưa nhiều của khu vực Tây nguyên, Đề tài đề xuất xem xét lựa chọn 4 phương án địa điểm xây dựng bãi chứa bùn đỏ khô cho qui mô công suất 650.000 tấn alumin/năm tương đương khoảng 682.000 tấn bùn đỏ/năm có xét tầm nhìn đến 2050 với giải pháp công nghệ thải khô hoàn toàn bùn đỏ nhà máy alumin hoặc kết hợp giữa công nghệ thải khô và thải ướt hiện tại, cụ thể như sau:
Phương án 1 (PA1): Xây dựng bãi chứa bùn đỏ khô trên moong đã khai thác quặng bau xit;
Phương án 2 (PA2): Xây dựng bãi chứa bùn đỏ khô trên khoang số 6; 7; 8 hồ bùn đỏ số 1;
Phương án 3 (PA3): Xây dựng bãi chứa bùn đỏ trên hồ bùn đỏ số 2 - xử lí bằng thải khô ¾ lượng bùn đỏ và xử lí thải ướt ¼ lượng bùn đỏ bằng các khoang lắng trên trên hồ số 1.
Phương án 4 (PA4): Xây dựng bãi chứa bùn đỏ khô trên hồ bùn đỏ số 2.
Điểm giống nhau của cả 4 phương án là đều đáp ứng công suất 650.000 tấn alumin/năm có xét tầm nhìn đến 2050, xử lí bùn đỏ thu hồi xút bằng công nghệ lọc ép khung bản, vận chuyển dung dịch bùn đỏ bằng đường ống, vận chuyển bã bùn đỏ sau lọc bằng băng tải kết hợp với ô tô. Phương án 1;2;4 sử dụng phương pháp thải khô hoàn toàn, tuy nhiên do nhu cầu Nhà máy alumin đang hoạt động đầy tải và tiếp tục sử dụng hồ chứa bùn đỏ ướt trong quá trình lập dự án, thiết kế, thi công xưởng lọc ép, bãi chứa bùn đỏ khô và đối phó các trường hợp thời tiết cực đoan mưa lớn bất thường nên ngoài khoang số 4, đề tài xem xét cần xây dựng khoang chứa bùn đỏ ướt số 5.
Điểm khác của PA1; PA2 và PA4 là vị trí bãi chứa bùn đỏ khác nhau nên qui mô kết cấu hệ thống cung cấp vận chuyển bùn đỏ, xút hồi và nước tuần hoàn khác nhau nên chi phí đầu tư xây dựng và giá thành sản xuất khác nhau.
Phương án 3 là phương án hỗn hợp Thải khô+Thải ướt. Theo đó ¼ sản lượng bùn đỏ xử lí theo phương pháp ướt truyền thống, ¾ sản lượng bùn đỏ xử lí theo phương pháp thải khô.
Mặt bằng các phương án đề xuất thể hiện trên các hình 5÷8.
Hình 5. Tổng mặt bằng bãi chứa bùn đỏ khô theo phương án 1
Hình 6. Tổng mặt bằng bãi chứa bùn đỏ khô theo phương án 2
Hình 7. Tổng mặt bằng bãi chứa bùn đỏ khô và ướt theo phương án 3
Hình 8. Tổng mặt bằng bãi chứa bùn đỏ khô phương án 4
3.2. Tính toán hiệu quả kinh tế các phương án đề xuất
Khái toán sơ bộ tổng mức đầu tư và hiệu quả kinh tế của từng phương án được tính dựa trên các cơ sở sau:
- Thiết kế sơ bộ công nghệ vận tải, xử lý bùn đỏ;
- Tổ chức biên chế lao động;
- Các định mức chi phí sản xuất alumin hiện hành;
- Các đơn giá xây dựng cơ bản hiện hành;
- Các đơn giá đền bù giải phóng mặt bằng tại thời điểm tính toán;
- Giá thiết bị tại thời điểm tính toán quí 3 năm 2019;
Các phương án tính toán đều trên cùng các điều kiện để so sánh: Đền bù giải phóng mặt bằng, mềm dẻo về công nghệ, không ảnh hưởng đến thực tế sản xuất của nhà máy alumin, thời gian tồn tại của Dự án 30 năm.
Do công nghệ thải ướt có tổng mức đầu tư cao nhưng chi phí vận hành thấp nên đề tài đã xem xét đánh giá thêm tiêu chí Tổng chi phí qui đổi để so sánh các phương án. Tổng chi phí qui đổi là Chi phí đầu tư + Chi phí vận hành sau chiết khấu hàng năm tính cho cả đời dự án sản xuất alumin (Dự kiến khoảng 30 năm). Kết quả tính toán Hiệu quả kinh tế các phương án được thể hiện trong bảng 10.
Nhận xét:
Kết quả tính khái toánTổng mức đầu tư và Hiệu quả kinh tế của các phương án xử lí bùn đỏ cho thấy:
+ Phương án 2, đầu tư công nghệ xử lí bùn đỏ bằng thải khô tại khu đất còn lại của hồ chứa bùn đỏ số 1 cho chi phí đầu tư và vận hành thấp nhất.
Sau khi xem xét các Phương án xử lí bùn đỏ bằng công nghệ thải khô đề tài đã đi đến kết luận sau:
- Về mặt kĩ thuật, môi trường:
+ Các Phương án đều có thể sử dụng làm bãi chứa bùn đỏ khô đảm bảo phục vụ cho Dự án sản xuất alumin tại Tân Rai Lâm đồng với công suất 650.000 tấn/năm đến hết năm 2050;
+ Địa điểm bãi chứa bùn đỏ khô đều cách xa khu dân cư nên không gây ảnh hưởng đến môi trường.
- Về mặt kinh tế:
Phương án 2 có chi phí đầu tư thấp nhất, chi phí đầu tư + vận hành thấp nhất.
- Về sự phù hợp với Qui hoạch sử dụng đất cho Dự án sản xuất alumin:
Đối với PA 1 là khu vực đất đai sau khai thác quặng bau xit của Dự án đã được phê duyệt phần lớn dành cho hoàn thổ phục hồi môi trường và làm bãi chứa bùn thải nhà máy tuyển quặng. Việc bố trí các moong thung lũng sau khai thác quặng bau xit làm bãi chứa bùn đỏ cũng ảnh hưởng đến Qui hoạch sử dụng đất cho Dự án sản xuất alumin Lâm Đồng.
Phương án 2; 3 và 4 đều phù hợp với Qui hoạch đã được phê duyệt và có thể đáp ứng khi nhà máy alumin mở rộng công suất lên 1,3 triệu tấn/năm, đáp ứng sử dụng đến năm 2050 và lâu hơn nữa.
Vì các lí do trên đề tài kết luận chọn Phương án ưu tiên theo thứ tự như sau: Phương án 2 → Phương án 4 → Phương án 3.
Đề tài đề xuất chọn Phương án 2, đầu tư hệ thống xử lí bùn đỏ bằng phương pháp thải khô trên khu đất còn lại của hồ chứa bùn đỏ số 1.
4. Kết luận
Xử lý bùn đỏ nhà máy alumin Tân Rai – Lâm Đồng bằng công nghệ thải khô là xu thế chung hiện nay. Ưu điểm của chính của giải pháp là nâng cao an toàn môi trường, tiết kiệm tài nguyên đất, tận thu xút tái sử dụng, nâng cao độ thu hồi alumin,…Các kết quả nghiên cứu, thử nghiệm, khái toán hiệu quả kinh tế sơ bộ của đề tài đã chứng minh bùn đỏ nhà máy alumin Tân Rai – Lâm đồng hoàn toàn có thể xử lý được bằng công nghệ thải khô. Đề nghị tập đoàn TKV cho lập báo cáo khả thi Dự án đầu tư xử lý bùn đỏ nhà máy alumin Lâm Đồng bằng công nghệ thải khô, đánh giá chi tiết về mặt hiệu quả kinh tế của dự án để triển khai vào thực tế sản xuất và tiếp tới mở rộng áp dụng tại nhà máy alumin Nhân Cơ.
Tài liệu tham khảo:
1. Hoàng Minh Hùng và các công sự, Báo cáo Đề tài “Nghiên cứu xử lý bùn đỏ nhà máy alumin Tân Rai - Lâm Đồng bằng công nghệ thải khô”. Viện Khoa học Công nghệ Mỏ - Vinacomin 9/2019.
Study and proposal on the dry waster technology solution for red mud to replace the wet waste for Tan Rai - Lam Dong aluminum factory Eng. Nguyen Quang Ha, MSc. Hoang Minh Hung, Dr. Doan Van Thanh, Dr. Le Binh Duong, Eng. Ton Thu Huong Vinacomin – Institute of Mining Science and Technology Abstract: In Vietnam, there are currently two alumina production factories at industrial scale under the management of Vietnam National Coal Mineral Industries Holding Corporation Limited (Vinacomin), namely Tan Rai-Lam Dong and Nhan Co-Dak Nong alumina plants with the designed capacity of each plant of 650,000 tons of aluminum per year. Red mud of the two existing factories is being treated by the wet waste technology. However, with the general trend of the world, aiming to improve the environmental safety, the level of caustic soda recovery, Al2O3, etc. Vinacomin has assigned Vinacomin- Institute of Mining Science and Technology to implement the topic “Research and treatment of red mud from Tan Rai - Lam Dong alumina factory by the dry waste technology”. In this article, the authors briefly present the research results and propose alternatives for the dry waste technology to replace the red mud wet waste from Tan Rai - Lam Dong aluminum factory. |
KS. Nguyễn Quang Hà
ThS. Hoàng Minh Hùng, TS. Đoàn Văn Thanh
TS. Lê Bình Dương, KS. Tôn Thu Hương
Viện Khoa học Công nghệ Mỏ - Vinacomin
Biên tập: ThS. Hoàng Minh Hùng
(Bài đăng trên Tạp chí Thông tin khoa học công nghệ Mỏ, số 1/2020)
