Ảnh hưởng của phế thải thạch cao PC và công nghệ tái chế

Bãi thải của Công ty DAP 2 Lào Cai

Thạch cao PG có công thức hóa học CaSO4.2H2O và một số tạp chất khác, đây là chất thải rắn được tạo ra trong quá trình sản xuất axit photphoric từ nguyên liệu quặng tuyển Apatit để thu hồi P2O5 có trong quặng. Thạch cao PG sẽ gây hại khi hàm lượng axit dư trong bã thạch cao rò rỉ ra môi trường và không được xử lí triệt để. Tùy theo công nghệ sản xuất axit photphoric sẽ có 3 dạng bã thải PG là: CaSO4.2H2O gọi là canxisunfat dihydrat; CaSO4.1/2 H2O - hemihydrat và CaSO4 - anhydrit hoặc hỗn hợp cả ba loại trên và các tạp chất như: axit, apatit.
Tình hình phát thải thạch cao PG
Thạch cao PG phát sinh trong công đoạn sản xuất axít phosphoric đi từ nguồn nguyên liệu chính là axít sulfuric và quặng Apatit. Theo công nghệ để sản xuất ra 1 tấn axít phosphoric sẽ thải ra khoảng 4,63 tấn PG.
Hiện nay, ở nước ta có 3 Nhà máy có phát sinh nguồn phế thải thạch cao PG lớn, gồm có: Nhà máy DAP của Công ty CP DAP Đình Vũ tại Hải Phòng, Công ty CP DAP số 2 tại Lào Cai và tại Công ty CP hóa chất phân bón Đức Giang - Lào Cai. Ngoài ra còn một số nhà máy sản xuất axit photphoric có quy mô nhỏ khác. Nhà máy DAP Đình Vũ được vận hành từ năm 2009, với sản lượng phân bón DAP là 330.000 tấn/năm, a xít phosphoric là 162.000 tấn/ năm. Lượng phát sinh phế thải PG hàng năm là 850.000 tấn. Hiện nay phế thải thạch cao PG toàn bộ được đổ tại bãi thải nhà máy, lượng phế thải này phần lớn chưa được xử lý và sử dụng làm vật liệu xây dựng, ước tính lượng phế thải thạch cao PG tại nhà máy tính đến cuối năm 2016 khoảng gần 6 triệu tấn.
Tính đến nay đại đa số lượng thạch cao chưa được sử dụng trong bất kỳ lĩnh vực nào. Do đó lượng tồn đọng còn là: 8.774.000 tấn; Trong đó: Công ty CP DAP - Vinachem Đình Vũ: 7 năm x 850.000 = 5.950.000 tấn; Công ty cổ phần DAP số 2- VINACHEM: 2 năm x 850.000 = tấn; Công ty CP Hóa chất phân bón Đức Giang – Lào Cai: 2 năm x 562.000 = 1.124.000 tấn.
Theo Quy hoạch phát triển ngành công nghiệp hóa chất Việt Nam đến năm 2020, có tính đến năm 2030 trong Quyết định số 1621/QĐ-TTg, từ đó ước tính lượng phế thải PG phát sinh như khoảng 3.885.000 tấn/năm.
Ảnh hưởng của phế thải thạch cao PG
Việc chứa thạch cao PG không qua tiền xử lý đang tiêu tốn một diện tích đất lớn và gây ra ô nhiễm môi trường đất, nước và không khí. Nước mưa sẽ mang theo các độc tố trong chất thải như các kim loại nặng, muối sulphat, floruasilicat, HF, P2O5, cadmium, 222Rn và ngấm xuống đất làm ô nhiễm nguồn nước ngầm, ô nhiễm đất, gió sẽ phát tán chất thải ra ngoài không khí và gây ô nhiễm môi trường xung quanh, ảnh hưởng tới sức khỏe của con người và tự nhiên.
Ô nhiễm không khí
Nhiều nghiên cứu cho thấy 90% lượng Po và Ra có trong đá phosphat được tồn đọng trong bã thải thạch cao PG, trong khi lượng U là <20%. Vấn đề gặp phải đối với các đống PG là sự phát thải 222Rn là sản phẩm phân rã của 226Ra, là nguyên tố phóng xạ gây đột biết gen ở người. Nhiều nghiên cứu chỉ ra rằng nhiều bãi thải thạch cao PG trên thế giới phát thải hàm lượng chất phóng xạ ra ngoài không khí lớn hơn mức quy định.
Lysandrou và cộng sự (2007) đo tốc độ phát xạ 222Rn của mẫu PG chôn ở vùng ven biển của Cyprus, cho chúng vào lọ nhựa kín và đo đạc sự phát triển hoạt độ của Rn theo thời gian, trong 80h. Kết quả cho thấy, tốc độ phát xạ 222Rn nằm trong khoảng 0,35 - 1,1 Bq/h, cao hơn tốc độ phát xạ Radon nền địa lý ở Cyprus. Do đó PG đã làm tăng mức Radon, tạo ra lượng phóng xạ lớn tới con người, có trường hợp đã đạt mức 17 mSv/ năm.
Ô nhiễm nước và đất
Ở các bãi thải thạch cao PG, thường xảy ra hiện tượng tách chiết của các nguyên tố nguyên kim loại nặng, chúng có thể tích tụ lại trong đất gần đó hoặc ngấm vào nước ngầm (gây ô nhiễm môi trường), cuối cùng sẽ tích tụ trong cơ thể con người.
Azouazi và cộng sự nghiên cứu độ hòa tan của thạch cao PG ở Morocca trong nước. Hoạt tính của 226Ra trong đá phosphat và thạch cao PG lần lượt là 1700 and 1420 Bq/kg. 20 g PG được hòa 50 mL nước cất trong 20 h ở các pH khác nhau (2,10–8,84). Kết quả cho thấy, lượng 226Ra tách chiết trung bình là 26,4%.
Kết quả nghiên cứu thực hiện bởi Bolivar và cộng sự [32] về môi trường nước của cửa sông ở Tây Ban Nha, cho thấy có sự ô nhiễm nghiêm trọng của nhóm các nguyên tố phóng xạ U chứa trong bãi thải PG gần vùng nước của sông.
Kết quả cho thấy, nhìn chung các kim loại được nghiên cứu đều chuyển hiệu quả từ đá phosphat sang phế thải PG dưới dạng phần linh động, có chỉ số chuyển trung bình 140±22%. Hàm lượng Cu, Ni từ đá phosphat và hàm lượng U và Ni từ phế thải PG kết thúc ở phần sinh học. Ngoài ra, do sự tiếp xúc của PG với điều kiện thời tiết, các chất do tách chiết của PG có thể chứa hàm lượng các kim loại này.

Băng chuyền tại bãi thải của Công ty DAP 2 Lào Cai

Đánh giá Công nghệ tái chế PG
Hiện nay có 2 công nghệ xử lý thạch cao PG được sử dụng ở nước ta là: Công nghệ tuyển vàcông nghệ hóa.
Theo công nghệ tuyển nổi, thạch cao PG được trung hòa bằng vôi sau đó than chưa cháy và silic được tách ra bằng phương pháp tuyển. Hiện nay có 2 đơn vị đầu tư theo công nghệ này đó là: Công ty thạch cao Đình Vũ - tại Nhà máy DAP Đình Vũ Hải Phòng; Công ty thạch cao Duy Nhất - tại Nhà máy Hóa Chất Đức Giang Lào Cai. Các dây chuyền công nghệ của 2 đơn vị này đang trong giai đoạn thử nghiệm, sản phẩm chưa được đánh giá đầy đủ và chưa được ứng dụng đại trà.
Theo phương pháp hóa, các tạp chất có trong thạch cao PG được xử lý và tách ra bằng hóa chất. Hiện nay có 1 đơn vị đầu tư xử lý theo công nghệ này là Công ty Ngọc Linh - tại Yên Bái. Các dây chuyền công nghệ của đơn vị này cũng đang trong giai đoạn thử nghiệm, sản phẩm chưa được đánh giá đầy đủ và chưa được ứng dụng đại trà.
Về quy mô dây chuyền công nghệ: Đối với công nghệ xử lý thạch cao PG: Quy mô công suất ở mức nhỏ (khoảng 70.000 tấn/năm cho 1 dây chuyền).
Về mức độ hiện đại: Các dây chuyền xử lý tro, xỉ và thạch cao PG trình độ ở mức trung bình thấp, mức độ tự động hóa không đáng kể.