LTS: Trong kỳ 1 đã đăng tải trên Tạp chí Kinh tế Môi trường, chúng tôi đã trình bày đặc điểm nguồn gốc, tính chất, thành phần và tiềm năng to lớn của khoáng sản bauxite của Việt Nam, tập trung chủ yếu trong vỏ phong hóa đá bazan Tây Nguyên, thuộc các tỉnh Đắk Nông, Lâm Đồng, Gia Lai và Kon Tum. Bài viết này tập trung vào việc trình bày tổng quan thực trạng công nghệ sản xuất alumin tại hai nhà máy đầu tiên của Việt Nam là Alumin Tân Rai tại huyện Bảo Lộc, tỉnh Lâm Đồng và Alumin Nhân Cơ tại huyện Dak R’Lap, tỉnh Đắk Nông và các vấn đề môi trường chính phát sinh từ công nghệ sản xuất alumin tại hai nhà máy này.
Công nghệ sản xuất alumin từ bauxite laterit tại các nhà máy Alumin Tân Rai và Nhân Cơ
 |
| Sơ đồ quy trình công nghệ giai đoạn sản xuất alumin. |
Công nghệ sản xuất alumin đang được sử dụng tại hai nhà máy alumin Tân Rai (Lâm Đồng) và Nhân Cơ (Đắk Nông) là công nghệ Bayer Châu Mỹ. Trong đó, việc hoà tách Nhôm (Al) ra khỏi thành phần bauxite laterit xảy ra ở nhiệt độ 140-145 độ C, với nồng độ kiềm của dung dịch hòa tách 160-170g/l và là công nghệ chung của Thế giới đang được vận hành tại các nhà máy alumin xử lý quặng bauxite laterit. Quy trình sản xuất alumin tại hai nhà máy nói trên của Việt Nam được thực hiện qua hai giai đoạn chính: Giai đoạn tuyển quặng và giai đoạn sản xuất alumin.
 |
| Quy trình sản xuất tại hai nhà máy alumin Tân Rai và Nhân Cơ. |
Giai đoạn tuyển quặng: Quặng nguyên khai từ đới laterit của vỏ phong hóa tại các moong khai thác được vận chuyển bằng ô tô tải tới nhà máy tuyển quặng bauxite. Tại đây, quặng nguyên khai được đập nhỏ và rửa sạch các thành phần sét và vật liệu mịn để tạo ra tinh quặng. Quy trình công nghệ của giai đoạn này được mô tả chi tiết trên sơ đồ bên dưới.
 |
| Sơ đồ quy trình công nghệ tại nhà máy tuyển quặng bauxite laterit. |
Theo sơ đồ trên, quặng nguyên khai được sàng, đập nhỏ đến kích thước 20mm và rửa sạch khoáng sét, cũng như vật liệu mịn thành quặng tinh. Khoáng sét và vật liệu mịn (bao gồm cả các hạt bauxite laterit) tạo ra bùn thải được lắng tại bể cô đặc, sau đó chuyển ra hồ bùn thải quặng đuôi. Để tăng hiệu quả thu hồi nước sản xuất và khả năng lắng của khoáng sét và vật liệu mịn, trong quy trình có bổ sung thêm các chất trợ lắng như PAC vào bể cô đặc. Phần lớn lượng nước trong quy trình được tái tuần hoàn; Phần nước chảy tràn qua hồ bùn thải quặng đuôi sẽ được bổ sung bằng lượng nước cấp mới. Hiệu suất thu hồi tinh quặng có kích thước 1-20mm so với quặng nguyên khai của giai đoạn tuyển quặng dao động phụ thuộc vào chất lượng quặng nguyên khai của các moong. Tại hai nhà máy alumin Tân Rai và Nhân Cơ, hiệu suất thu hồi tinh quặng hiện nay nằm trong khoảng 48-50% lượng quặng nguyên khai.
Giai đoạn sản xuất alumin: Tinh quặng từ kho chứa của nhà máy tuyển bauxite được chuyển tới kho chứa của nhà máy alumin bằng băng tải. Giai đoạn này được thực hiện theo nguyên lý công nghệ Bayer dựa trên tính chất á kim của kim loại nhôm (Al) khi tương tác với kiềm. Tại các nhà máy alumin Tân Rai và Nhân Cơ, giai đoạn sản xuất alumin được thực hiện thông qua một số công đoạn chính: Nghiền bauxite, khử silic, hoà tách, tách cát, lắng và rửa bùn đỏ, lọc dung dịch aluminat, kết tinh, lọc hyđrat, nung hydrat. Sơ đồ công nghệ của giai đoạn sản xuất alumin được trình bày trong sơ đồ.
 |
| Sơ đồ quy trình công nghệ giai đoạn sản xuất alumin. |
Theo sơ đồ trên, công đoạn chính của quy trình sản xuất alumin theo công nghệ Bayer được triển khai bắt đầu từ việc nghiền quặng tinh trong môi trường nước để tạo ra huyền phù, tiếp đó bổ sung sữa vôi Ca(OH)2 để tách các hợp phần chứa Si. Dung dịch sau đó được nâng nhiệt lên nhiệt độ 145-150 độ C và bổ sung NaOH đạt nồng độ 160-170 g/lít. Trong điều kiện đó, thành phần chứa nhôm trong quặng bauxite laterit là khoáng vật gipxit sẽ hòa tan vào dụng dịch aluminat, các khoáng vật còn lại không hòa tan sẽ chuyển thành bùn đỏ. Dung dịch aluminat sau khi tinh lọc, hạ nhiệt độ sẽ được chuyển sang các tháp kết tinh. Tại tháp kết tinh, dung dịch aluminat sẽ được làm lạnh và bổ sung các mầm tinh thể Al(OH)3 để kết tinh thành hydrat nhôm. Tiếp đó, bùn hydrat nhôm sẽ được chuyển sang lò nung làm mất nước để thành sản phẩm alumin (Al2O3). Bùn đỏ chứa các khoáng vật sắt, khoáng vật sét không hòa tan trong dung dịch kiềm cùng với một lượng nhỏ kiềm dư (khoảng 6% trọng lượng) sẽ được chuyển sang hồ bùn đỏ. Bổ trợ cho công đoạn chính của quá trình sản xuất alumin nói trên còn có các nhà máy phụ trợ như: Nhà máy điện cung cấp điện, nhà máy khí hóa cung cấp khí cho lò nung alumin, phân xưởng sản xuất vôi và sữa vôi.
Các thiết bị được nhà thầu Chalienco Trung Quốc sử dụng để lắp đặt tại hai tổ hợp nhà máy alumin Tân Rai và Nhân Cơ ngoài một số thiết bị do chính Trung Quốc sản xuất thì còn có những thiết bị đã được mua từ nhiều nước kể cả Việt Nam như: Hệ thống lọc dung dịch của Pháp, các thiết bị đo của Cộng hòa Liên bang Đức, hệ thống điều khiển của Hoa Kỳ, các máy bơm công nghệ quan trọng của các nước nhóm G7, đặc biệt là toàn bộ nhà máy tuyển quặng của tổ hợp alumin Nhân Cơ do các doanh nghiệp Việt Nam chế tạo và lắp đặt. Trong các thiết bị nói trên, có nhiều thiết bị tiên tiến của Thế giới hiện nay, như: Thiết bị kết tinh 2 giai đoạn để tạo ra alumin dạng cát; Lò nung tầng sôi để tiết kiệm năng lượng và sản phẩm nung không bị quá nhiệt (hạn chế hàm lượng α-Al2O3); hệ thống cô đặc (cô bay hơi) màng rơi nhiều cấp; Thiết bị lọc lá đứng để tinh lọc dung dịch aluminat; máy lọc bàn để lọc sản phẩm hydrat,…
Hiệu suất thu hồi sản phẩm alumin, tiêu hao nguyên liệu, nước, điện năng của hai dự án alumin Tân Rai và Nhân Cơ cụ thể như sau: Hiệu suất thu hồi sản phẩm Alumin >83%; Tiêu hao nước cho thiết bị sản xuất alumin là 3,84m3/tấn alumin; Tiêu hao điện cho nhà máy alumin là 250 Kwh/tấn alumin; Tỉ lệ thu hồi sản phẩm alumin so với lượng quặng tinh sử dụng trong hai tổ hợp nhà máy alumin dao động 48-50%; Lượng bùn đỏ phát sinh từ hai nhà máy alumin dao động 50-52% tổng trọng lượng quặng tinh đưa vào chế biến. Các sản phẩm alumin của hai nhà máy có chất lượng tốt, hàm lượng Al2O3 đạt 99%, được xuất khẩu ra nhiều nước trên Thế giới, như: Nhật Bản, Hàn Quốc, Đài Loan, Thái Lan, Ấn Độ, Các Tiểu vương quốc Ả rập Thống nhất, Malaysia và Thụy Sĩ. Sản lượng sản phẩm đã đạt và thậm chí vượt công suất thiết kế ban đầu là 650.000 tấn/ năm cho mỗi tổ hợp.
Từ những thông tin đã trình bày trên và thực tiễn sản xuất tại hai tổ hợp alumin Tân Rai và Nhân Cơ có thể đưa ra nhận định:
- Công nghệ sản xuất alumin tại hai tổ hợp Tân Rai và Nhân Cơ phù hợp với loại quặng bauxite của Tây Nguyên có thành phần khoáng vật chứa Al chính là Gipxit; Đạt trình độ quốc tế với nhiều thiết bị công nghệ có nguồn gốc từ các nước phát triển trình độ cao ngoài các thiết bị do nhà thầu được sản xuất tại Trung Quốc. Do đó, chất lượng sản phẩm đạt chất lượng xuất khẩu ra các thị trường của các nước phát triển, sản lượng đạt và vượt công suất thiết kế.
- Cán bộ kỹ thuật và công nhân Việt Nam đã làm chủ hoàn toàn công nghệ sản xuất alumin, có khả năng sửa chữa và thay thế những thiết bị hư hỏng trong quá trình sản xuất bằng vật liệu và thiết bị được sản xuất tại Việt Nam. Do đó, về cơ bản thiết kế công nghệ tổ hợp alumin Nhân Cơ có những cải tiến mang tính ưu việt hơn tổ hợp alumin Tân Rai.
- Nếu tập hợp được lực lượng khoa học công nghệ trong nước, Việt Nam có thể chủ động về thiết kế và lắp đặt các nhà máy alumin công suất tương tự và lớn hơn bằng thiết bị nhập nội kết hợp với các trang thiết bị được các nhà máy cơ khí trong nước sản xuất. Thực tế việc Việt Nam đã tự thiết kế và lắp đặt hoàn toàn nhà máy tuyển quặng công suất tương đương tại tổ hợp alumin Nhân Cơ là một minh chứng rõ ràng cho nhận định này.
- Tuy nhiên, vẫn còn nhiều bất hợp lý trong quy trình sản xuất và thiết kế công nghệ chưa tối ưu tại hai tổ hợp alumin Tân Rai và Nhân Cơ. Ví dụ, việc tồn tại hai loại hồ chứa (hồ chứa quặng đuôi của nhà máy tuyển, hồ bùn đỏ của nhà máy alumin) trong các khu vực có lượng mưa tập trung và lớn nhất ở Tây Nguyên có thể đe dọa vùng đất hạ lưu thuộc lưu vực sông Đồng Nai. Việc chưa tận dụng hết các nguồn thải để tạo nên một mô hình khu công nghiệp sinh thái cho các tổ hợp alumin đòi hỏi cải tiến thiết kế công nghệ các nhà máy alumin trong tương lai.
 |
| Hồ bùn đỏ số 1 Nhà máy alumin Tân Rai, Lâm Ðồng. |
Các vấn đề môi trường chủ yếu phát sinh trong công nghệ sản xuất alumin từ bauxite laterit tại các tổ hợp Alumin Tân Rai, Lâm Đồng và Nhân Cơ, Đắk Nông
Có rất nhiều vấn đề môi trường phát sinh trong quá trình khai thác quặng bauxite và sản xuất alumin tại hai tổ hợp alumin Tân Rai và Nhân Cơ. Bài viết này chỉ đề cập và phân tích thực trạng các vấn đề môi trường chính có tác động tiêu cực liên quan đến công nghệ sản xuất. Đó là mất đất và phục hồi đất canh tác do khai thác bauxite, nhu cầu sử dụng nước và cân bằng nước tự nhiên, bùn đuôi quặng và hồ chứa bùn đuôi quặng, bùn đỏ và hồ chứa bùn đỏ, tro bay và xỉ thải của nhà máy nhiệt điện, ô nhiễm không khí, ô nhiễm nước.
Mất đất canh tác và phục hồi đất canh tác do khai thác bauxite: Các thân quặng bauxite trong mặt cắt vỏ phong hóa đá bazan tại Bảo Lộc, Lâm Đồng (tổ hợp alumin Tân Rai) và Đắk Nông (tổ hợp alumin Nhân Cơ) đều nằm ở độ sâu từ 1-3 m; do đó việc khai thác quặng bauxite được thực hiện bằng phương pháp lộ thiên. Quá trình khai thác được thực hiện theo quy trình sau: Phát quang khu vực khai thác bóc xúc dồn lớp đất thổ nhưỡng, bốc xúc quặng bauxite thô lên xe tải chuyển về kho nhà máy tuyển. Khai trường sau khi kết thúc từng phần khai thác sẽ được phủ lại lớp đất thổ nhưỡng để trồng cây.
Thực tế, tại các khai trường sau khi phủ lại lớp thổ nhưỡng, các cây trồng sống và phát triển khá nhanh. Tuy nhiên, nếu trước khi phủ lớp đất thổ nhưỡng, toàn bộ lượng bùn đuôi quặng được đưa lại các moong khai thác, thì đất canh tác được phục hồi nhanh chóng và hiệu quả hơn. Một số thử nghiệm trồng cây trên phần moong có đổ bùn đuôi quặng trước khi phủ lớp đất thổ nhưỡng, cây trồng phát triển tốt hơn. Tiếc rằng đây chỉ là các thử nghiệm quy mô nhỏ vì phần lớn bùn đuôi quặng đang nằm trong các hồ chứa bùn đuôi quặng ở các thung lũng sâu. Trong điều kiện mưa nhiều và tập trung, quá trình xói mòn và rửa trôi các chất dinh dưỡng đang làm cho đất bazan thoái hóa và hoang hóa thì việc khai thác và phục hồi đất một cách khoa học như trên là một biện pháp cải tạo đất bazan vùng giàu bauxite hiệu quả. Nói một cách khác, nếu quy trình khai thác và phục hồi đất trên các khai trường được thực hiện bài bản và khoa học, thì việc khai thác bauxite không làm mất đất canh tác.
Nhu cầu nước và cân bằng nước khu vực sản xuất alumin tại Tây Nguyên: Trong sản xuất alumin, nước được sử dụng trong hai công đoạn chính là nhà máy tuyển quặng và nhà máy alumin. Tại nhà máy tuyển quặng, phần lớn nước được quay vòng từ nhà máy tuyển ra hồ chứa và từ hồ chứa vào nhà máy tuyển. Do đó, tiêu hao nước cho việc tuyển quặng là không lớn khi hồ chứa bùn đuôi quặng được thiết kế hợp lý để quay vòng nước tuyển quặng. Tại nhà máy alumin, nước sử dụng trong quá trình hòa tách và rửa hydrat được tuần hoàn quay lại quy trình để tận thu NaOH dư. Lượng nước mất mát chính thuộc công đoạn nung hydrat và đi kèm bùn đỏ. Do đó, tiêu hao nước cho sản xuất alumin nhìn chung là thấp so với các quy trình công nghiệp sản xuất các kim loại khác. Hai vùng quặng bauxite lớn nhất ở Tây Nguyên là Đắk Nông và Di Linh – Bảo Lộc, Lâm Đồng, nơi đang có các nhà máy alumin Tân Rai và Nhân Cơ của nước ta là hai tâm mưa quan trọng của Tây Nguyên. Với lượng mưa có lưu lượng >2.500 mm/năm, tập trung chủ yếu trong các tháng từ 5-10; Lượng nước mặt ước tính có thể thu giữ và lưu trữ hàng năm trên một m2 là 1,25 m3. Với mức tiêu hao 3,84 m3 nước cho 1 tấn alumin thì để đáp ứng cho 1 triệu tấn sản phẩm alumin, cần có diện tích thu gom và lưu trữ nước là 3,072 triệu m2, tương đương 3 km2 hoặc 300 ha lưu vực. Do mật độ dân cư thấp, nhu cầu nước cho sản xuất alumin tại hai tổ hợp Tân Rai và Nhân Cơ hiện nay không gây ra ảnh hưởng đối với nhu cầu sử dụng nước tưới của người dân trong khu vực. Thậm chí, trong mùa mưa các năm 2018 và 2019, các hồ chứa nước sản xuất của hai tổ hợp alumin Tân Rai và Nhân Cơ nhiều lúc phải xả bớt nước để bảo vệ đập chắn.
Bùn đuôi quặng và hồ chứa bùn đuôi quặng: Các số liệu phân tích cho thấy, thành phần hóa học so với quặng nguyên khai nghèo các nguyên tố Al, Fe và các kim loại nặng; Thành phần cơ học gồm các hợp phần sét và quặng bauxite có kích thước
