'Biến' bùn đỏ thành tiền

Biến nguồn chất thải bùn đỏ từ các nhà máy thành sản phẩm khác là nghiên cứu hữu ích.

Chất keo tụ và bột màu từ bùn đỏ

“Hiện nay, nước ta vẫn chỉ lưu giữ bùn đỏ tại hồ và không xử lý được. Trên thế giới, dù người ta cũng có tận dụng bùn để làm một số vật liệu xây dựng nhưng nói chung vẫn chỉ chôn lấp là chủ yếu”, PGS.TS Lê Thị Mai Hương - Phó Viện trưởng Viện Công nghệ xạ hiếm, Viện Năng lượng nguyên tử Việt Nam - cho biết.

Khó xử lý là vậy, thế nhưng theo quy hoạch hiện nay về khai thác bauxite tại Tây Nguyên, nếu tính đến năm 2025 thì lượng bùn đỏ thải ra sẽ đạt 23 triệu tấn. Sau 10 năm sẽ là 230 triệu tấn và sau 50 năm sẽ là 1,15 tỷ tấn. Điều này đặt ra nhiều vấn đề “đau đầu” về diện tích đất làm hồ cũng như chi phí lưu trữ bùn đỏ.

Bởi vậy, nhiều phương pháp nhằm tái sử dụng bùn đỏ như sản xuất chất keo tụ, chất hấp phụ, luyện gang thép hay làm vật liệu xây dựng của thế giới đã được nghiên cứu. Tuy nhiên, các phương pháp này không giải quyết được triệt để vấn đề bởi chỉ làm ra một sản phẩm.

“Nếu sản xuất chất keo tụ thì họ sẽ lấy kiệt hết các thành phần nhôm và sắt, phần còn lại không hòa tách thì họ biến thành chất thải và đem đi chôn hoặc bỏ đi. Còn nếu để sản xuất bột màu hoặc chất hấp phụ thì họ sẽ rửa qua cho hết phần xút dư và một số tạp chất không cần thiết, phần còn lại thì mới làm chất hấp phụ”, PGS.TS Lê Thị Mai Hương giải thích.

Trong quá trình nghiên cứu, khi xác định được nhôm và sắt - thành phần chính của bùn đỏ - cũng chính là thành phần trong dung dịch chất keo tụ để xử lý nước và chất hấp phụ để xử lý màu và kim loại nặng, PGS.TS Mai Hương đã nảy ra ý tưởng. Đó là tìm một mức độ hòa tách hợp lý để phần pha rắn có thể dùng làm các chất hấp phụ hoặc nung lên làm bột màu. Còn phần đã hòa tách ra trong pha lỏng thì vẫn dùng được để làm dung dịch chất keo tụ đa thành phần.

Thêm vào đó, do bùn đỏ ở nước ta có sẵn lợi thế không chứa phóng xạ và dễ tái chế hơn so với nhiều nước trên thế giới, PGS.TS Mai Hương tin rằng nếu tận dụng được tối đa các thành phần như vậy sẽ giúp sản xuất ra phèn và phèn nhôm ngay trong nước với giá thành rẻ hơn.

Để thực hiện ý tưởng này, PGS.TS Hương đã hòa tách bùn đỏ bằng axit sulfuric có nồng độ từ 2 đến 5 mol/L ở nhiệt độ xấp xỉ 100°C, trong điều kiện khuấy trộn liên tục từ 2 đến 3 giờ. Nguyên liệu axit được chuẩn bị bằng cách hòa tan axit sulfuric đặc 98% trong nước và được lấy thiếu so với phương trình tỷ lượng từ 10 đến 30% tổng lượng nhôm và sắt có trong bùn đỏ. Nhiệt của phản ứng hòa tan axit sulfuric cũng sẽ được tận dụng để cấp nhiệt cho phản ứng hòa tách bùn đỏ.

Để kiểm tra kết quả trong thực tế, PGS.TS Mai Hương đã thử nghiệm với 1 kg bùn đỏ ướt thải từ nhà máy Alumin Tân Rai, Tây Nguyên. Kết quả thử nghiệm đã thu được sản phẩm là 200g bột màu, 200ml chất keo tụ dạng lỏng và 80g chất keo tụ dạng rắn từ 1 kg bùn đỏ ban đầu.

Mặc dù có tiềm năng nhưng theo PGS.TS Lê Thị Mai Hương, việc triển khai phương pháp này trong thực tế là chặng đường dài. Bởi riêng việc thử nghiệm quy trình sản xuất ở quy mô công nghiệp vẫn đang còn gặp nhiều khó khăn do yêu cầu khá phức tạp về mặt thủ tục, giấy tờ trong việc tái sử dụng chất thải nguy hại.

Tận dụng bùn đỏ làm gạch

Nhóm nghiên cứu của PGS.TS Lưu Đức Hải, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên (Đại học Quốc gia Hà Nội) đã nghiên cứu một giải pháp xử lý bùn đỏ thành gạch gốm xây dựng. Đó là phối liệu bùn đỏ với các phụ gia đất sét và cát xây dựng trên dây chuyền sản xuất gạch đất sét nung bằng lò tuynel. Kết quả đã tạo ra gạch có độ bền cơ học cao, an toàn về môi trường và mang lại hiệu quả kinh tế cao.

PGS.TS Lưu Đức Hải cho biết, bùn đỏ là chất thải của quy trình Bayer sản xuất alumin (ôxít nhôm) từ quặng bauxite, có độ pH cao (11 - 13) với thành phần chủ yếu là các oxit và hydroxit kim loại Fe, Mn, Al, Ti; các khoáng vật silicat, cacbonat khác...

Do độ pH cao, tính chất phóng xạ, thành phần phức tạp và độ hạt mịn nên bùn đỏ của phần lớn các nhà máy sản xuất alumin hiện nay trên thế giới thường phải chôn lấp trong các hồ được thiết kế xây dựng chống thấm đặc biệt.

Dù không có phóng xạ song bùn đỏ vẫn độc hại cho môi trường vì lượng kiềm dư NaOH và Ca(OH)2 tạo ra độ pH cao (11 - 12), cũng như độ phân tán cao của các hạt bùn đỏ. Nếu chỉ nung riêng bùn đỏ để làm gạch thì lượng kiềm dư sẽ bay hơi gây ra ô nhiễm không khí.

Giải pháp nhóm tác giả đưa ra là bổ sung phụ gia để cung cấp thêm cho hỗn hợp trước khi nung lượng ôxít Al và Si. Vật liệu phụ gia đó cần phải rẻ tiền và dễ kiếm để hạ giá thành. Các viên gạch gốm xây dựng được chế tạo có tính chất cơ lý cao hơn gạch đất sét nung theo tiêu chuẩn Việt Nam. Thử nghiệm được đo tại phòng thí nghiệm của Viện Vật liệu xây dựng Hà Nội.

PGS.TS Lưu Đức Hải cho hay, đầu tư xây dựng dây chuyền sản xuất gạch gốm có công suất 15 triệu viên/năm với chi phí khoảng 15 tỷ đồng. Chi phí bùn đỏ là 0 đồng. Chi phí mua phụ gia theo giá địa phương thì chỉ năm đầu tiên đi vào sản xuất là bị âm.

Từ năm thứ hai trở đi sẽ có lãi và lãi suất gia tăng cao cho đến hết chu trình đầu tư. Việc tận dụng bùn đỏ để sản xuất gạch gốm xây dựng sẽ giảm, tiến tới loại bỏ nhu cầu đất để xây dựng các hồ bùn đỏ như ước tính ở trên, có thể tới hàng nghìn ha khi triển khai mở rộng khai thác bauxite và chế biến alumin.