Đánh giá các tác động của quá trình khai thác bauxit đến môi trường đất ở mỏ bauxit Bảo Lộc, tỉnh Lâm Đồng và đề xuất một số giải pháp phục hồi môi trường

Đánh giá các tác động của quá trình khai thác bauxit đến môi trường đất ở mỏ bauxit Bảo Lộc, tỉnh Lâm Đồng và đề xuất một số giải pháp phục hồi môi trường 1 MỞ ĐẦU Trong những năm gần đây, tình hình sử dụng kim loại nhôm có xu hướng ngày càng gia tăng, đặc biệt là ở những nước phát triển, kim loại nhôm có rất nhiều ứng dụng như: dùng để chế tạo các chi tiết máy bay, ô tô, các trang thiết bị nấu ăn, dây điện…. Trong khi đó, kim loại nhôm được tạo thành từ quặng bauxit. Chính vì vậy, trong những năm gần đây, hoạt động khai thác quặng bauxit cũng ngày càng tăng theo. Quặng bauxit là một loại quặng nhôm có màu hồng, nâu được hình thành từ quá trình phong hóa các đá giàu nhôm hoặc tích tụ từ các quặng có trước bởi quá trình xói mòn. Đến năm 2008, trữ lượng bauxit có thể khai thác trên thế giới còn khoảng 27 tỉ tấn. Trong đó, Guinea, Australia, Việt Nam, Jamaica là bốn nước có trữ lượng bauxit nhiều nhất trên thế giới, chiếm 86% [19]. Bauxit được khai thác đầu tiên ở Guyana trong thời gian 1897 – 1910 [14]. Năm 2008, Australia đứng đầu danh sách các nước khai thác bauxit và chiếm một phần ba sản lượng khai thác của cả thế giới, theo sau là Trung quốc, Brazil, Guinea, và Jamaica. Song song với các hoạt động khai thác quặng bauxit là tình trạng suy giảm tài nguyên và ô nhiễm môi trường. Hoạt động khai thác bauxit sẽ làm thay đổi cấu trúc địa chất, ảnh hưởng đến vấn đề tuần hoàn nước, đời sống người dân bản địa, ô nhiễm không khí do bụi, ô nhiễm tiếng ồn, mất cảnh quan…. Đặc biệt là vấn đề xử lí bùn đỏ bauxit hiện đang ảnh hưởng xấu đến môi trường sinh thái, sức khỏe người dân bản địa, nguồn nước ngầm, nước mặt và nhiều vấn đề nan giải khác. Mỗi năm, trên thế giới người ta đào bới 20km2 để khai thác 160 triệu tấn bauxit, nghĩa là 12,5ha mỗi triệu tấn bauxit. Ở Việt Nam, để khai thác mỗi tấn bauxit phải đào bới một diện tích gấp đôi trung bình thế giới [13]. Việt Nam có trữ lượng bauxit đứng thứ 3 trên thế giới, ước tính khoảng 5,4 tỉ tấn quặng và có thể khai thác được 2,1 tỉ tấn. Trong đó, 91,4% trữ lượng bauxit đang nằm dưới lớp đất đỏ bazan của Tây Nguyên [9]. Đến năm 2025, chúng ta sẽ đào bới từ 325 đến 450 ha để khai thác 13 đến 18 triệu tấn bauxit mỗi năm và sẽ tạo ra 6,5 đến 9 triệu tấn bùn đỏ. Sau khi khai thác hết 2,1 tỷ tấn bauxit thì sẽ có 625 km2 bị đào bới và thải ra 1,05 tỷ tấn bùn đỏ [13]. Thị xã Bảo Lộc, tỉnh Lâm Đồng là một trong những nơi có trữ lượng bauxit lớn ở Tây Nguyên, chiếm 20% tổng trữ lượng cả nước. Do đó, việc khai thác bauxit ở Bảo Lộc, Lâm Đồng sẽ làm nảy sinh nhiều vấn đề về môi trường. Trước thực trạng như vậy, tôi tiến hành nghiên cứu đề tài: “Đánh giá các tác động của quá trình khai thác bauxit đến môi trường đất ở mỏ bauxit Bảo Lộc, tỉnh Lâm Đồng và đề xuất một số giải pháp phục hồi môi trường” nhằm góp phần vào việc giảm thiểu vấn đề suy thoái tài nguyên và ô nhiễm môi trường do quá trình khai thác bauxit gây ra. 2 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1. Tổng quan về bauxit và bùn thải bauxit 1.1.1. Khái quát Bauxit là một loại quặng nhôm có màu hồng, nâu được hình thành từ quá trình phong hóa các đá giàu nhôm hoặc tích tụ từ các quặng có trước bởi quá trình xói mòn. Quặng bauxit phân bố chủ yếu trong vành đai xung quanh xích đạo đặc biệt trong môi trường nhiệt đới. Tên gọi của loại quặng nhôm này được đặt theo tên gọi của làng Les Baux-de-Provence ở miền nam nước Pháp, tại đây nó được nhà địa chất học là Pierre Berthier phát hiện ra lần đầu tiên năm 1821. Từ bauxit có thể tách ra alumina (Al2O3), nguyên liệu chính để luyện nhôm trong các lò điện phân, Khoảng 95% lượng bauxit được khai thác trên thế giới đều được dùng để luyện thành nhôm [9]. Bùn thải bauxit (bùn đỏ) là loại quặng đuôi được sinh ra quá trình sơ chế quặng và tinh chế alumina trong tiến trình Bayer, chứa 30% chất thải quặng và 70% là nước. Loại bùn này được ví như bom bẩn, có nguy cơ đe dọa đến cuộc sống con người [17]. 1.1.2. Nguồn gốc hình thành 1.1.2.1. Quá trình hình thành bauxit Bauxit được hình thành trên các loại đá có hàm lượng sắt thấp hoặc sắt bị rửa trôi trong quá trình phong hóa [9]. Quá trình hình thành trải qua các giai đoạn: - Phong hóa và nước thấm lọc vào trong đá gốc tạo ra ôxít nhôm và sắt. - Làm giàu trầm tích hay đá đã bị phong hóa bởi sự rửa trôi của nước ngầm. - Xói mòn và tái tích tụ bauxit. Quá trình này chịu ảnh hưởng của một vài yếu tố chính như: đá Mẹ chứa các khoáng vật dễ hòa tan và các khoáng vật này bị rửa trôi chỉ để lại nhôm và sắt; độ lổ hổng của đá cho phép nước thấm qua; có lượng mưa cao xen kẽ các đợt khô hạn ngắn; hệ thống thoát nước tốt; khí hậu nhiệt đới ẩm; có mặt lớp phủ thực vật với vi khuẩn. 1.1.2.2. Quá trình hình thành bùn đỏ bauxit BĐ bauxit được hình thành trong quá trình tuyển quặng và sản xuất alumina. Trong quá trình tuyển quặng, quặng bauxit sau khi khai thác được đưa đến nhà máy sơ chế để loại bỏ các thành phần như: sét, silicat và các chất khác được hình thành trong quá trình tạo quặng. Đầu tiên, quặng được nghiền nhỏ để đưa đến sàng rửa. Tại đây, các hạt quặng được rửa sạch đất, thu hồi các hạt quặng có kích thước lớn hơn đường kính lưới sàng, các hạt quặng nhỏ lọt qua lưới sàng và chất cặn được đưa đến máy ly tâm để thu hồi các hạt bauxit cỡ lớn hơn 1mm. Cuối cùng, sét và các chất hòa tan khác hay còn gọi là BĐ được dẫn đến hồ lắng để xử lý. Quặng sau khi sơ chế được đưa đến các nhà máy tinh chế quặng. Tại đây, quặng thô được xử lý theo quy trình Bayer để tạo thành alumina. Quy trình Bayer gồm có 4 bước: hòa trộn, tách bùn, kết tủa, sấy khô [8]. 3 - Hòa trộn: Trong bước đầu tiên, quặng bauxit thô được hòa trộn với soda (NaOH), và bơm vào bồn áp lực lớn. Tại đây, quặng này là phải chịu tác động của nhiệt hơi nước (150 – 2000C) và áp lực. Các NaOH phản ứng với các khoáng chất nhôm của bauxit tạo thành hợp chất bão hòa natri aluminate và tạp chất không hòa tan (BĐ). Phản ứng sau đây mô tả bước này: Al2O3 + 2OH − + 3 H2O → 2[Al(OH)4]− - Tách bùn: Sau khi hòa trộn, hỗn hợp được truyền qua một loạt các thùng giảm áp suất. Tại đây, áp suất không khí được tràn vào, cát được tách ra khỏi hỗn hợp qua các bẫy cát. Tiếp theo, cặn mịn và các chất rắn còn lại được bổ sung các hợp chất tổng hợp và đưa qua bộ lọc vải. Những tồn dư sau đó rửa sạch, và loại bỏ đi. - Kết tủa: Hợp chất bão hòa natri aluminate tiếp tục được làm mát bằng hệ thống trao đổi nhiệt. Vì bị làm lạnh đột ngột, các hydroxit nhôm bị kết tủa lại tạo thành các hạt tinh thể. Các tinh thể này kết hợp với các tinh thể khác tạo thành các hạt lớn hơn lắng xuống đáy. Sau đó, các hạt hydroxit nhôm được lọc và rửa sạch để loại bỏ soda. Phản ứng diễn ra như sau: Na+ + Al(OH)4-
Al(OH)3 + NaOH - Sấy khô: Các hạt hydroxit nhôm được nung trong lò ở nhiệt độ vượt quá 960 °C (1.750 °F) tạo thành alumina. Phản ứng sau đây mô tả bước này: Al(OH)3
Al2O3 + 3 H2O Như vậy, trong quy trình Bayer, BĐ được sinh ra trong quá trình tách bùn. Do bị nhiễm soda nên BĐ này có độ pH rất cao, khoảng 13. 1.1.3. Phân loại bauxit Từ nguồn gốc hình thành dẫn đến việc tạo thành hai loại mỏ bauxit: - Mỏ bauxit được hình thành do quá trình phong hóa diễn ra trong điều kiện nhiệt đới trên nền đá mẹ là các loại đá silicat: granit, gneiss, bazan, syenite và đá sét. Dạng tồn tại chủ yếu của hydroxit nhôm trong mỏ bauxit này chủ yếu là gibbsit. Tại Việt Nam, bauxit Tây Nguyên được hình thành theo phương thức này trên nền đá bazan. - Mỏ bauxit được hình thành bằng con đường phong hóa trên nền đá cacbonat như: đá vôi và dolomit xen kẽ với các lớp sét tích tụ do phong hóa sót hay do lắng đọng phần khoáng vật sét không tan khi đá vôi bị phong hóa hóa học. Loại trầm tích này có chất lượng tốt và có giá trị công nghiệp. Từ 2 loại mỏ ở trên, có thể chia thân quặng bauxit thành 4 dạng: lớp phủ, túi, xen kẹp và mảnh vụn [15]. 1.1.4. Thành phần và đặc tính 1.1.4.1. Thành phần và đặc tính của bauxit Thành phần hóa học chủ yếu của bauxit (quy ra ôxít) là Al2O3, SiO2, Fe2O3, CaO, TiO2, MgO... trong đó, hyđrôxit nhôm là thành phần chính của quặng [10]. 4 Bảng 1.1. Thành phần hóa học của quặng bauxit Thành phần hóa học Al2O3 Fe2O3 CaO SiO2 TiO2 MgO Mất khi đốt % theo khối lượng (%) 55,6 4,5 4,4 2,4 2,8 0,3 30 Bauxit tồn tại ở 3 dạng chính tùy thuộc vào số lượng phân tử nước chứa trong nó và cấu trúc tinh thể gồm: gibbsit Al(OH)3, boehmit γ-AlO(OH), và diaspore α-AlO(OH), cùng với các khoáng vật oxit sắt goethit và hematit, các khoáng vật sét kaolinit và đôi khi có mặt cả anata TiO2. Gibbsit là hydroxit nhôm thực sự còn boehmit và diaspore tồn tại ở dạng hidroxit nhôm ôxít. Sự khác biệt cơ bản giữa boehmit và diaspore là diaspore có cấu trúc tinh thể khác với boehmit, và cần nhiệt độ cao hơn để thực hiện quá trình tách nước nhanh [15]. Bảng 1.2. Đặc tính của quặng bauxit Gibbsit Boehmit Diaspore Thành phần Al(OH)3 AlO(OH) AlO(OH) Hàm lượng alumina tối đa (%) 65,4 85,0 85,0 Hệ tinh thể Đơn tà Trực thoi Trực thoi Mật độ (g.cm-3) 2,42 3,01 3,44 Nhiệt độ tách nước (°C) 150 350 0 1.1.4.2. Thành phần và đặc tính của bùn đỏ bauxit Có 2 loại BĐ, thành phần 2 loại BĐ này là khá giống nhau. Tuy nhiên, BĐ được thải ra trong quá trình Bayer để sản xuất alumina có độ pH trong khoảng 13 và cường độ ion cao, còn BĐ thải ra trong quá trình sơ tuyển quặng có độ pH trung tính và cường độ ion thấp. BĐ thường có thành phần hóa học như sau: Bảng 1.3. Thành phần hóa học của bùn đỏ Thành phần hóa học Al2O3 Fe2O3 CaO SiO2 TiO2 Na2O % theo khối lượng (%) 10 - 20 30 - 60 2 - 8 3 - 50 0 - 25 2 - 10 Tại Việt Nam, BĐ có thành phần hóa học như sau [13]: Bảng 1.4. Thành phần hóa học của bùn đỏ ở Việt Nam Thành phần hóa học Al2O3 Fe2O3 SiO2 TiO2 Na2O Mất khi đốt % theo khối lượng (%) 19,76 47,76 4,3 7,25 2,38 14,83 BĐ có kích hạt rất nhỏ, có đến 90% khối lượng có kích thước dưới 75µm. BĐ có bề mặt riêng khoảng 10 m2/g [18], [8]. 5 1.1.5. Tác động của việc khai thác bauxit 1.1.5.1. Tác động tích cực Nói một cách tổng quát, trên phương diện phát triển kinh tế và xã hội, việc khai thác bauxit mang lại rất nhiều lợi ích cho người dân, chính quyền địa phương và công ty khai thác. Người dân địa phương có thêm công ăn việc làm và hưởng lợi những tiện ích công cộng do các công ty hỗ trợ hoặc do việc khai thác mang lại như: được huấn luyện nghề và trả lương cao, có thêm nguồn tài trợ cho các dự án hoặc chương trình xã hội, cơ sở hạ tầng (đường sá, cầu cống, bệnh viện, trường học,...), người dân được bồi thường và tái định cư. Chính quyền địa phương có thêm tiền thuế thu từ các công ty khai thác bauxit. Còn các công ty khai thác thu được thêm lợi nhuận do các hoạt động buôn bán hoạt sử dụng quặng mang lại. Một mỏ bauxit cần 200 công nhân để sản xuất 1 triệu tấn bauxit/năm hay 11 công nhân/ha và có thể mang lại lợi tức trung bình khoảng 1,4 triệu USD/ha vào năm 1998 [16]. Nếu so sánh giá bán trung bình của bauxit là 22,69 USD/tấn (1998) và 31,20 USD/tấn (2007), lợi tức trung bình hiện nay của việc khai thác bauxit vào khoảng 1,9 triệu USD/ha [17]. 1.1.5.2. Tác động tiêu cực Việc khai thác quặng có thể có ảnh hưởng xấu đến môi trường đất, nước, không khí và cả sinh vật, đặc biệt là môi trường đất. Việc khai quang cây cối sẽ phá hủy nơi cư trú của động vật, phát tán mầm bệnh thực vật, thay đổi điều kiện thời tiết, gia tăng bụi bặm; đất vùng mỏ sẽ bị xói mòn rất nhanh nếu không được che phủ hoặc trồng rừng. Nguồn nước mặt có thể bị ô nhiễm, tăng độ acid, và tăng độ đục. Những vùng bị khai quang có thể mất cảnh quan và ảnh hưởng tiêu cực đến thị giác; bụi bặm, tiếng động cơ giới và chất nổ có thể làm gián đoạn môi trường xung quanh, ảnh hưởng đến sức khỏe của dân cư lân cận. Hoạt động khai thác mỏ còn ảnh hưởng đến kinh tế xã hội, tùy thuộc vào khoảng cách từ mỏ đến khu dân cư mà tầm ảnh hưởng của hoạt động khai thác sẽ khác nhau. Việc khai thác quặng mỏ có thể phá vỡ truyền thống văn hóa, lối sống, và sự ràng buộc bộ tộc; thay đổi hoàn toàn các loại hoa màu và kỹ thuật canh tác cũng như cách thức buôn bán; sự tập trung dân cư từ nơi khác đến sẽ làm nảy sinh nhiều vấn đề về an ninh xã hội. 1.2. Tình hình phân bố và khai thác bauxit 1.2.1. Tình hình phân bố và khai thác bauxit trên thế giới Các quặng bauxit phân bố chủ yếu ở khu vực nhiệt đới, Caribe, Địa Trung Hải và vành đai xung quanh xích đạo, người ta tìm thấy quặng bauxit ở các vùng lãnh thổ như Australia, Nam và Trung Mỹ (Jamaica, Brazil, Surinam, Venezuela, Guyana), châu Phi (Guinea), châu Á (Ấn Độ, Trung Quốc, Việt Nam), Nga, Kazakhstan và châu Âu (Hy Lạp) [15]. Trong đó, Guinea là nước có trữ lượng bauxit lớn nhất trên thế giới, sau đó là Australia, Việt Nam, Jamaica. 6 Bảng 1.5. Tình hình phân bố và khai thác bauxit trên thế giới [19]. (x1000 tấn, Ước tính cho 2008 ) Quốc gia Khối lượng khai thác Trữ lượng Trữ lượng ban đầu 2007 2008 Guinea 18,000 18,000 7,400,000 8,600,000 Australia 62,400 63,000 5,800,000 7,900,000 Việt Nam 30 30 2,100,000 5,400,000 Jamaica 14,600 15,000 2,000,000 2,500,000 Brasil 24,800 25,000 1,900,000 2,500,000 Guyana 1,600 1,600 700,000 900,000 Ấn Độ 19,200 20,000 770,000 1,400,000 Trung Quốc 30,000 32,000 700,000 2,300,000 Hy Lạp 2,220 2,200 600,000 650,000 Suriname 4,900 4,500 580,000 600,000 Kazakhstan 4,800 4,800 360,000 0,000 Venezuela 5,900 5,900 320,000 350,000 Nga 6,400 6,400 200,000 250,000 Hoa Kỳ NA NA 20,000 40,000 Các nước khác 7,150 6,800 3,200,000 3,800,000 Tổng cả thế giới (làm tròn) 202,000 205,000 27,000,000 38,000,000 Bauxit được khai thác đầu tiên ở Guyana trong thời gian 1897-1910 [14]. Năm 2007, Australia đứng đầu danh sách các nước khai thác bauxit và chiếm một phần ba lượng khai thác của cả thế giới, theo sau là Trung quốc , Brazil, Guinea, và Jamaica. 1.2.2. Tình hình phân bố và khai thác bauxit tại Việt Nam Trữ lượng bauxit ở Việt Nam được ước tính vào khoảng 5,4 tỉ tấn, trong số đó có khoảng 2,1 tỉ tấn có thể khai thác được, đứng hàng thứ ba trên thế giới sau Guinea (8,6/7,4 tỉ tấn) và Australia (7,9/5,8 tỉ tấn) [18]. 7 Xét về nguồn gốc, quặng bauxit ở Việt Nam thuộc 2 loại chính: là bauxit nguồn gốc trầm tích (diaspore) tập trung ở các tỉnh miền Bắc như Hà Giang (0,5%), Cao Bằng (1,8%), Lạng Sơn (1,4%) và bauxit nguồn gốc phong hoá laterite từ đá bazan (gibbsite) tập trung ở các tỉnh miền Trung như Kon Tum - Gia Lai (11%), Ðắk Nông (61%), Bảo Lộc - Di Linh (20%), Bình Phước (4,6%), và Quảng Ngải - Phú Yên (0,2%) [5], [6]. Hình 1.1. Các vùng mỏ bauxit ở Việt Nam (nguồn: Nguyễn Thanh Liêm) Qua số liệu ở trên và hình 1.1 cho thấy, quặng bauxit tập trung chủ yếu ở cao nguyên miền Trung. Quặng bauxit ở cao nguyên miền Trung thuộc loại thảm nằm trên sườn hay đỉnh đồi, với chiều dày thay đổi từ 4 đến 6m. Bên trên là lớp đất đỏ bazan có chiều dày đổi từ 0,5 đến 3m, bên dưới là lớp đất sét kaolinite khá dày [6]. 8 Hình 1.2. Thảm bauxit ở cao nguyên miền Trung (nguồn: Nguyễn Thanh Liêm) Theo Quyết định số 167/2007/QĐ-TTG ngày 1 tháng 11 năm 2007, từ năm 2007 đến 2025, Việt Nam sẽ xây dựng 6 nhà máy chế biến alumina ở Đăk Nông, Lâm Đồng, và Bình Phước, 1 nhà máy luyện nhôm tại Bình Thuận, 1 tuyến đường sắt khổ 1,435m nối liền Đăk Nông với Bình Thuận. Kế hoạch này có thể cần đến 15 tỉ USD nhằm mục đích khai thác mỗi năm 70,9 đến 94,5 triệu tấn bauxit, chế biến mỗi năm 11,8 đến 16,5 triệu tấn alumina, luyện mỗi năm 200.000 đến 400.000 tấn nhôm, và vận chuyển mỗi năm 25 đến 30 triệu tấn hàng hoá vào năm 2025 [6], [12]. 1.3. Tổng quan về địa điểm nghiên cứu Hiện nay, thị xã Bảo Lộc là một trong hai trung tâm lớn của tỉnh Lâm Đồng nằm trên cao nguyên Di Linh - Bảo Lộc, ở độ cao 800 - 1.000m; phía Bắc, Đông, Nam giáp huyện Bảo Lâm; phía Tây và Tây Nam giáp huyện Đạ Huoai. Với diện tích tự nhiên 232,4 km2, Bảo Lộc có 11 đơn vị hành chính gồm 6 phường (phường B’Lao, phường 1, phường 2, Lộc Phát, Lộc Tiến, Lộc Sơn), 5 xã (Lộc Nga, Lộc Châu, Đam Bri, Lộc Thanh, Đại Lào) và 120 thôn, buôn, khu phố. Trong đó, phường 1 - nơi nghiên cứu có diện tích tự nhiên 431,44 ha. Địa hình thị xã Bảo Lộc có ba dạng địa hình chính: núi cao, đồi dốc và thung lũng. Thị xã Bảo Lộc nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa nhưng do ở nhiệt độ cao trên 800m và tác động của địa hình nên khí hậu ở đây có nhiều nét độc đáo với những đặc trưng chính như: Nhiệt độ trung bình cả năm 21 - 22°C, nhiệt độ cao nhất trong năm 27,4°C, nhiệt độ thấp nhất trong năm 16,6°C; Số giờ nắng trung bình 1.680 giờ/năm, bình quân 4,6 giờ/ngày (tháng mùa mưa: 2 - 3 giờ/ngày, các tháng mùa khô: 6 - 7 giờ/ngày), mùa khô nắng nhiều nhưng nhiệt độ trung bình thấp tạo nên nét đặc trưng độc đáo của khí hậu Bảo Lộc; Mùa mưa từ tháng 4 đến tháng 11, lượng mưa trung bình hàng năm 2.513mm, số ngày mưa trung bình cả năm 190 ngày, mưa nhiều từ tháng 7 đến tháng 9; Độ ẩm trung bình hàng năm khá cao từ 80 - 90%; Có gió Đông Bắc từ tháng 1 đến tháng 4, gió Tây Nam từ tháng 6 đến tháng 9; Đới bauxit laterit Đới thổ nhưỡng Đới sét litoma Đới bazan gốc Đới bazan phong hoá 9 Nắng ít, độ ẩm không khí cao, nhiều ngày có sương mù, cường độ mưa lớn tạo nên những nét đặc trưng riêng cho vùng đất Bảo Lộc. Hệ thống thủy văn bao gồm có ba hệ thống: Hệ thống sông DaR’Nga, Hệ thống suối Đại Bình, Hệ thống suối ĐamB’ri. Bảo Lộc có tiềm năng lớn về phát triển ngành khai thác và chế biến khoáng sản. Tại đây có trữ lượng lớn bauxit và cao lanh, trong đó bauxit có khoảng 378 triệu tấn với trữ lượng loại C1 (có hàm lượng Al2O3 = 44,69%; SiO2 = 6,7%) là 209 triệu tấn.