Luyện quặng mangan ở Việt Nam cho đến nay chủ yếu sản xuất ra sản phẩm hợp kim ferromangan và silicomangan, cùng với đó là sử dụng công nghệ luyện trong lò hồ quang bán kín có công suất nhỏ, sử dụng lao động thủ công là chính. Các lò luyện quặng mangan đang hoạt động hiện nay có công suất dao động từ 2.500 đến 12.500KVA, trong đó chủ yếu là lò công suất 3.600KVA. Với công nghệ, thiết bị và cách thức sản xuất nêu trên, luyện quặng mangan được xem là hoạt động tiềm ẩn nguy cơ cao về gây ô nhiễm môi trường. Vì vậy, để ngành luyện quặng mangan duy trì và phát triển bền vững, đáp ứng nhu cầu nguyên liệu cho các ngành công nghiệp trong nước, cần có sự quan tâm nghiên cứu, đề xuất các giải pháp phù hợp về công nghệ, thiệt bị, giải pháp quản lý về sản xuất và môi trường nhằm giảm thiểu các tác động tiêu cực tới các thành phần môi trường; bảo vệ môi trường sống cho những người lao động trực tiếp và cộng đồng.

Các mỏ quặng mangan ở Việt Nam tập trung chủ yếu tại các tỉnh phía Bắc với tổng trữ lượng tài nguyên và tài nguyên dự báo khoảng 17 triệu tấn quặng. Trong đó: Trữ lượng cấp 111, 121, 122 xác định được khoảng 131 ngàn tấn; Tài nguyên cấp 211, 221, 222, 331, 332, 333 khoảng 9 triệu tấn;Tài nguyên dự báo 334a, 334b khoảng 8,5 triệu tấn [2].

Các xưởng luyện quặng mangan thường phân bố gần khu vực các nguồn quặng thuộc các tỉnh như Cao Bằng, Hà Giang, Tuyên Quang, Thái Nguyên, Bắc Kạn…Theo các số liệu do Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện kim khảo sát, tính đến tháng 12/2016; năng lực sản xuất của các cơ sở luyện quặng mangan trên cả nước dao động từ 6.000 đến 43.000 tấn sản phẩm/năm, cao nhất tại Công ty TNHH Tây Giang (Cao Bằng) với công suất 43.000 tấn sản phẩm/năm [2].

Như đã trình bày ở trên, các cơ sở luyện quặng mangan của Việt Nam hầu hết sử dụng lò điện hồ quang kiểu bán kín công suất nhỏ, lao động thủ công, chỉ có 01 cơ sở sản xuất xỉ giầu mangan tại tỉnh Bắc Kạn sử dụng công nghệ lò cao. Các lò điện bán kín có công suất chủ yếu là 3.600KVA, cao nhất là lò của Công ty TNHH Tây Giang với công suất 12.500KVA. Trong khi đó, trên thế giới hầu hết đã sử dụng lò luyện kiểu kín, công suất lớn đến 72.000KVA (Pháp) hay 81.000KVA (Nam Phi)….[2].

Hình 1. Lò điện hồ quang bán kín 3600 KVA và sản phẩm ferro Công ty MIMECO [2]

Theo “Quy hoạch Thăm dò, khai thác, chế biến và sử dụng quặng mangan-crom đến 2025, tầm nhìn đến 2035” (QH), từ nay đến năm 2035 sẽ duy trì 11 dự án với tổng công suất 189.090 tấn sản phẩm/năm, luyện ferro và silicomangan tại 04 tỉnh: Cao Bằng (6 dự án), Hà Giang (02 dự án), Tuyên Quang (02 dự án), Thái Nguyên (01 dự án), và cấp mới 01 dự án tại Bắc Kạn với công suất 60.000 tấn/năm [2].

Quá trình luyện quặng mangan sử dụng các nguyên liệu đầu vào bao gồm quặng mangan, than cốc, đá vôi, đolomit…được thực hiện trong lò điện hồ quang bán kín. Việc đốt cháy nguyên, nhiên liệu trong buồng đốt tạo ra hợp kim và xỉ ở dạng lỏng, tro bay dưới dạng các hạt bụi rắn kích thước nhỏ thoát ra theo khói lò. Sau khi dung dịch lỏng ra khỏi lò luyện, ta thu được hợp kim chứa mangan và xỉ luyện kim ở dạng rắn, như vậy, luyện quặng mangan sinh ra chất thải rắn bao gồm xỉ lò và tro bụi; trong đó xỉ lò chiếm phần lớn. Theo QH, từ nay đến năm 2020, giai đoạn tới năm 2035 duy trì công suất các nhà máy luyện quặng mangan như công suất thiết kế hiện tại.Theo quy mô công suất của các nhà máy, dự báo khối lượng xỉ thải ra từ luyện quặng mangan duy trì ở mức 249.090 tấn/năm; trong đó cao nhất cao nhất tại khu vực tỉnh Cao Bằng với khối lượng xỉ là 87.090 tấn/năm [3].

Hình 2. Khối lượng xỉ thải hàng năm trong hoạt động chế biến mangan [3]

Hình 3. Thành phần xỉ trong luyện hợp kim mangan [1]

Ở các cơ sở luyện kim, nguồn gây ô nhiễm nhiệt lớn nhất trong nhà máy đến từ quá trình thiêu kết quặng trong lò cao và lò hồ quang, ngoài ra, sinh nhiệt còn đến từ hoạt động của các mô tơ, thiết bị trong dây chuyền sản xuất. Thông thường nhiệt độ trong các phân xưởng luyện cao hơn nhiệt độ ngoài trời khoảng từ 2-30C. Khi làm việc trong môi trường có nhiệt độ cao, công nhân sẽ bị các hiện tượng như mất nước, sốc nhiệt, làm giảm khả năng phản xạ, khả năng lao động….

Quá trình luyện kim làm phát sinh bụi, khí thải vào môi trường gây biến đổi chất lượng không khí theo chiều hướng tiêu cực. Bụi, khí thải phát sinh trong chuỗi hoạt động luyện quặng mangan như vận tải, cấp liệu, lưu kho, thiêu kết, tinh luyện, xử lý khí thải... Trong đó, nguồn gây ô nhiễm không khí chính là các công đoạn thiêu kết và tinh luyện. Luyện quặng magan sử dụng nguyên liệu là các loại quặng mangan oxit, quặng mangan cacbonat, quặng mangan chứa sắt, nhiên liệu là các chất chứa C, do đó, thành phần khí thải chính trong luyện mangan là CO, CO₂; trong đó chủ yếu là khí CO₂. Theo tính toán về phát thải CO₂ cho các cơ sở chế biến sâu mangan tại các tỉnh Cao Bằng, Hà Giang, Tuyên Quang, Thái Nguyên và Bắc Kạn, khi hoạt động hết công suất, lượng phát thải CO₂ hàng năm lên đến 373.635 tấn [3].

Do đặc điểm quặng mangan nước ta thường nằm xen kẽ trong đá phiến sét, đá phiến silic, do đó, quá trình luyện quặng thường phát sinh bụi silic. Theo Zhdanov A.V và nnk [5], luyện ferromangan bằng lò điện hồ quang bán kín thường phát sinh bụi, trong đó khoảng 49% là bụi mịn có kích thước <1µm; hàm lượng SiO₂ trong bụi thu được từ hệ thống lọc bụi chiếm từ 18-21%.  Những người tiếp xúc và hít phải bụi silic hay còn gọi là bụi phổi trong thời gian dài sẽ có nguy cơ mắc bệnh bụi phổi, ung thư phổi và các bệnh đường hô hấp khác.

Nước mưa chảy tràn trên bề mặt sẽ khu vực có hoạt động khai thác, chế biến quặng mangan sẽ cuốn trôi theo cát, bụi và hòa tan các chất ô nhiễm chúng gặp trên dòng chảy, làm thay đổi chất lượng nước theo hướng tiêu cực. Nồng độ các chất ô nhiễm trong nước mưa phụ thuộc vào lượng và tính chất các chất ô nhiễm trong khu vực nước mưa đi qua. Do vậy, nước mưa chảy tràn trên khu vực sản xuất nếu không được xử lý sẽ làm gia tăng nồng độ các chất ô nhiễm tại nguồn tiếp nhận.

Nước thải sản xuất trong quá trình luyện quặng mangan như: nước từ khâu làm mát máy nén khí, làm mát lò luyện… sau khi được quay vòng tái sử dụng cho quá trình làm mát ở chu kỳ sản xuất tiếp theo còn dư; nước từ công đoạn dập bụi khí lò với các thành phần như bụi, bụi than, kim loại nặng…(ở các cơ sở dùng phương pháp dập bụi bằng nước). Các nguồn nước thải nêu trên chứa nhiều kim loại nặng và nguyên tố độc hại, nếu không được xử lý sẽ gây ô nhiễm nguồn tiếp nhận.

Luyện quặng mangan được tiến hành trong môi trường có nhiệt độ cao, vì vậy trong quá trình vận hành lò luyện có lắp hệ thống làm mát bằng nước.

Các sự cố có thể xảy ra trong quá trình hoạt động bao gồm các hiện tượng cháy, nổ gây thiệt hại về người và thiết bị. Nổ xảy ra do kim loại nóng chảy tiếp xúc với chất lỏng, nước bay hơi ẩm ở nhiệt độ cao. Nguyên nhân là do ở nhiệt độ cao nước có thể giãn nở thể tích lên tới 1.600 lần; do đó, khi có sự cố ở hệ thống nước, kim loại nóng chảy có nhiệt độ cao tiếp xúc với nước có thể gây ra các vụ nổ.

Phương pháp phòng ngừa ô nhiễm hiệu quả nhất bắt đầu bằng việc giảm sử dụng năng lượng đồng nghĩa với việc giảm phát thải. Thay đổi, cải tiến công nghệ nhằm giảm lượng tiêu thụ nguyên, nhiên liệu, năng lượng đầu vào, nâng cao hiệu suất hoạt động của lò luyện kim nhằm giảm lượng khí thải phát sinh. Luyện hợp kim mangan trong lò hồ quang bán kín với tiêu hao điện năng dao động trong khoảng từ 3.000-5.000KWh/tấn sản phẩm. Trong khi đó, việc luyện các hợp kim mangan được tiến hành trong các lò điện hồ quang kín có công suất lớn 40.000kVA đến 88.000 kVA với nguyên liệu được sấy nóng trước bằng nhiệt của khí thải chính lò luyện làm cho tiêu hao điện năng chỉ còn khoảng 2.000 kWh/tấn sản phẩm [2].

Trong trường hợp vẫn giữ nguyên công nghệ luyện bằng lò hồ quang bán kín, cần nghiên cứu giải pháp nhằm sử dụng năng lượng hiệu quả, giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Các dự án luyện kim cần nghiên cứu xem xét khả năng thu hồi nhiệt dư. Theo hướng dẫn của European commission, lò hồ quang bán kín có thể thu hồi nhiệt dư để tạo ra hơi nước có nhiệt độ cao, sản xuất điện [6].

Thường xuyên bảo dưỡng thiết bị sản xuất nhằm nâng cao tuổi thọ, hiệu suất sử dụng của thiết bị trong quá trình vận hành.

Cải tiến thiết bị nhằm giảm thiểu ô nhiễm môi trường ví dụ như thay thế các băng tải hở bằng các bằng tải kín; nghiên cứu ứng dụng tự động hóa trong quá trình sản xuất, hạn chế lao động chân tay trong các công đoạn độc hại, mức độ rủi ro cao....

Xỉ phát sinh trong quá trình sản xuất ferro nói chung cũng như trong sản xuất hợp kim ferromangan nói riêng không chứa các thành phần nguy hại; do đó, nên nghiên cứu sử dụng làm nguyên liệu cho các ngành công nghiệp khác như xây dựng (làm phụ gia, nguyên liệu cho sản xuất xi măng, cát đúc, gạch định hình….); luyện kim (quay vòng làm hồi thiệu trong quá trình sản xuất ferro làm giảm hàm lượng mangan trong xỉ thải từ 3-5%) [4]. Trong trường hợp không sử dụng cho các ngành sản xuất khác như đã nêu trên, thì xỉ phát sinh từ luyện quặng mangan cần được lưu giữ trong phạm vi của nhà máy hoặc ký hợp đồng với các đơn vị thu gom, xử lý theo quy định về xử lý chất thải rắn công nghiệp thông thường.

Đối với bụi thu được từ hệ thống xử lý bụi, khí có kích thước nhỏ mịn, dễ phát tán và là nguồn gây tác động nguy hiểm tới sức khỏe của con người khi tiếp xúc, cần có giải pháp thu gom và xử lý thích hợp. Theo J.Song và G.Kang[4], hàm lượng mangan trong bụi vào khoảng ~32%, do đó, cần thu hồi để đưa quay trở lại khâu luyện nhằm tăng hiệu quả kinh tế, tránh mất mát tài nguyên. Do bụi có kích thước nhỏ nên nếu đưa trực tiếp vào luyện sẽ lại bốc bay theo khí thải, không có hiệu quả, vì vậy, bụi mịn cần được vê viên, thiêu kết trước khi đưa vào luyện. Kết quả thực hiện tại nhà máy Yiwamg ở Trung Quốc cho thấy, khi tận thu mangan trong bụi đưa vào thiêu kết làm tăng hàm lượng mangan trong sản phẩm thêm 3%.

Bố trí hệ thống thông gió, quạt gió hợp lý nhằm làm giảm nhiệt độ tại khu vực sản xuất, đặc biệt là tại các khu vực có nhiệt độ cao như khu vực lò thiêu kết, lò cao, lò tinh luyện.

Sử dụng xyclon nhằm xử lý sơ bộ các bụi thô, đây là bước chuẩn bị nhằm bảo vệ các thiết bị khỏi tác động mài mòn của các hạt vật chất có trong khí thải. Đặc biệt đối với các hạt có kích thước >10µm, sử dụng kết hợp các xyclon cho hiệu quả xử lý từ 90-95%.

Các bước tiếp theo sử dụng lọc bụi túi vải có kết hợp phun dung dịch sữa vôi hoặc natri bicacbonat nhằm xử lý các khí thải có tính axit trong dòng khí và loại bỏ các chất hữu cơ bằng cách phun vào các chất hấp phụ như than hoạt tính, zeolite…Hoặc sử dụng tháp hấp thụ ướt nhằm xử lý bụi mịn và khí thải trong dòng khí bằng cách bổ sung các hóa chất, chất hấp phụ thích hợp với từng tác nhân ô nhiễm….

Cần thiết kế hệ thống xử lý nước thải đảm bảo nước thải đầu ra đạt yêu cầu của Quy chuẩn việt nam QCVN 40:2011/BTNMT – Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp.

Các khu vực tập kết nguyên liệu cần có mái che, rãnh thu nước xung quanh; thường xuyên vệ sinh khu vực nhà xưởng, sân bãi, bố trí hệ thống hố, rãnh thu gom để đảm bảo môi trường luôn sạch sẽ và giảm thiểu hiện tượng cuốn trôi các chất ô nhiễm trong nước mưa vào nguồn tiếp nhận.

Kiểm tra độ ẩm trong vật liệu nạp lò, tránh tình trạng đưa vật liệu có chất lỏng vào trong lò.
Thường xuyên kiểm tra, bảo dưỡng thiết bị tránh tình trạng rò rỉ kim loại, sự cố hệ thống cấp, thoát nước dẫn đến sự cố nổ.

Đảm bảo mặt sàn, khuôn đúc sử dụng để rót kim loại luôn khô ráo.

Ban hành và phổ biến quy trình hướng dẫn vận hành an toàn trong quá trình sản xuất đối với các công đoạn dễ xảy ra sự cố cháy, nổ tới người lao động.

Trang bị đầy đủ các phương tiện bảo hộ lao động trong quá trình sản xuất, đặc biệt là các trang thiết bị bảo vệ đường hô hấp, các trang thiết bị chống nóng và đảm bảo an toàn trong quá trình vận hành sản xuất…

Xây dựng quy trình hướng dẫn vận hành an toàn lò luyện kim và thường xuyên phổ biến đến người lao động.

Lắp đặt các biển báo chỉ dẫn rõ ràng, dễ hiểu và dễ quan sát tại khu vực làm việc của người lao động.

Bố trí thời gian làm việc hợp lý đối với các lao động nặng nhọc trong các công đoạn thiêu kết, luyện bằng lò cao, lò tinh luyện; bổ sung nước đầy đủ, tránh tình trạng mất nước do làm việc trong môi trường nhiệt độ cao.

Luyện quặng mangan với công nghệ và thiết bị lạc hậu, quy mô công suất nhỏ như hiện nay ở Việt Nam là nguyên nhân làm gia tăng các nguy cơ gây ô nhiễm môi trường như bụi, khí thải, chất thải rắn, nước thải ảnh hưởng trực tiếp tới người lao động tại các cơ sở sản xuất cũng như môi trường sống của cộng đồng. Vì vậy, để duy trì và phát triển bền vững ngành khai thác và chế biến quặng mangan cần thực hiện đồng bộ một số giải pháp sau: (i)- Cải tiến công nghệ, thiết bị sản xuất, phát triển các nhà máy có qui mô công suất đảm bảo hiệu quả kinh tế; (ii)- Phát triển các công nghệ và hệ thống thiết bị bảo vệ môi trường trong các cơ sở sản xuất nhằm mục tiêu vừa bảo vệ môi trường, vừa thu hồi kim loại có ích làm tăng hiệu quả sản xuất; (iii)- Phát triển ứng dụng chất thải luyện kim làm nguyên liệu cho các ngành công nghiệp khác; (iv)- Tăng cường công tác quản lý thông qua các chế tài, các qui định cụ thể về công nghệ, thiết bị, môi trường và an toàn sản xuất.