ĐẠi hỌc quỐc gia hÀ nỘi i hỌc khoa hỌc tỰ...

18
ĐẠI HC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HC KHOA HC TNHIÊN VŨ THỊ PHƯỢNG NGHIÊN CỨU, ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG GÂY Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG CA XTHI PIRIT TQUÁ TRÌNH SẢN XUT SUNFURIC LUẬN VĂN THẠC SKHOA HC Hà Nội, 2014

Upload: hadiep

Post on 29-Aug-2019

215 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI I HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊNrepository.vnu.edu.vn/bitstream/VNU_123/2482/1/01050001730.pdf · thành phần của pirit đôi khi chứa một

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

VŨ THỊ PHƯỢNG

NGHIÊN CỨU, ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG GÂY Ô NHIỄM

MÔI TRƯỜNG CỦA XỈ THẢI PIRIT TỪ QUÁ TRÌNH SẢN

XUẤT SUNFURIC

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

Hà Nội, 2014

Page 2: ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI I HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊNrepository.vnu.edu.vn/bitstream/VNU_123/2482/1/01050001730.pdf · thành phần của pirit đôi khi chứa một

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

VŨ THỊ PHƯỢNG

NGHIÊN CỨU, ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG GÂY Ô NHIỄM

MÔI TRƯỜNG CỦA XỈ THẢI PIRIT TỪ QUÁ TRÌNH SẢN

XUẤT SUNFURIC

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

Chuyên ngành: Hóa Môi trường

Mã số: 60440120

Người hướng dẫn khoa học: TS. HOÀNG VĂN HÀ

PGS.TS. TRẦN HỒNG CÔN

Hà Nội, 2014

Page 3: ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI I HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊNrepository.vnu.edu.vn/bitstream/VNU_123/2482/1/01050001730.pdf · thành phần của pirit đôi khi chứa một

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

Chương 1: TỔNG QUAN 2

1.1 Tổng quan về pirit và xỉ thải pirit 2

1.1.1 Pirit 2

1.1.2 Xỉ thải pirit 3

1.2. Các quá trình vận chuyển kim loại nặng từ pirit và xỉ thải pirit vào

môi trường

4

1.3. Sự phơi nhiễm và tác động của các kim loại nặng trong pirit vàxỉ thải

pirit lên con người

7

1.3.1. Asen 7

1.3.2. Sắt 10

1.4. Tình trạng ô nhiễm xuất phát từ xỉ thải pirit trên Thế Giới và Việt

Nam

11

Chương 2: THỰC NGHIỆM 16

2.1. Đối tượng nghiên cứu 16

2.2. Mục tiêu nghiên cứu 16

2.3. Phương pháp nghiên cứu các dạng hòa tan và hấp phụ của asen 16

2.4. Danh mục hóa chất, thiết bị cần cho nghiên cứu 19

2.5. Thực nghiệm 19

2.5.1. Phương pháp khối phổ cảm ứng cộng hưởng plasma (ICP-MS)

phân tích các kim loại nặng

2.5.2. Phương pháp lấy mẫu

19

21

2.5.3. Quy trình chiết các dạng hòa tan và hấp phụ của asen lên xỉ pirit 21

Chương 3 : KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 23

3.1. Biến thiên nồng độ asen và sắt trong dịch chiết với nước cất 23

Page 4: ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI I HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊNrepository.vnu.edu.vn/bitstream/VNU_123/2482/1/01050001730.pdf · thành phần của pirit đôi khi chứa một

3.2. Biến thiên nồng độ asen và sắt trong dịch chiết với dung dịch axit

ascorbic 0.1M

24

3.3. Biến thiên nồng độ asen và sắt trong dịch chiết khi với dung dịch

amoni oxalate 0.2M và axit ascorbic 0.1M

26

3.4. Biến thiên nồng độ asen và sắt trong dịch chiết khi rửa xỷ với dung

dịch natri hydrocacbonat 0.5M

28

3.5. Biến thiên nồng độ asen và sắt trong dịch chiết khi rửa xỷ với axit

nitric 65%

30

3.6. Tính toán lượng asen chiết ra từ các pha khác nhau 31

KẾT LUẬN 33

TÀI LIỆU THAM KHẢO 35

Page 5: ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI I HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊNrepository.vnu.edu.vn/bitstream/VNU_123/2482/1/01050001730.pdf · thành phần của pirit đôi khi chứa một

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1: Ô nhiễm môi trường gây ra từ việc khai thác quặng pirit 15

Hình 3.1: Đồ thị biểu diễn giá trị pH và hàm lượng sắt trong dịch chiết

bằng nước cất theo thể tích 24

Hình 3.2: Đồ thị biểu diễn sự biến đổi hàm lượng asen và sắt theo thể

tích dung dịch chiết 26

Hình 3.3: Đồ thị biểu diễn hàm lượng sắt và asen trong quá trình chiết xỉ

với amoni oxalate và ascorbic 28

Hình 3.4: Đồ thị biểu diễn sự biến đổi hàm lượng sắt và asen trong quá

trình chiết xỉ bằng NaHCO3 0.5M 29

Hình 3.5: Đồ thị biểu diễn sự biến đổi nồng độ sắt và asen theo thể tích

dung dịch chiết 31

Page 6: ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI I HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊNrepository.vnu.edu.vn/bitstream/VNU_123/2482/1/01050001730.pdf · thành phần của pirit đôi khi chứa một

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1. Kết quả phân tích mẫu nước trên sông Tinto và Odiel 14

Bảng 2.1. Danh mục thiết bị, hóa chất cần thiết cho nghiên cứu 19

Bảng 2.2. Các tác nhân sử dụng cho quá trình chiết các pha liên kết của

asen trong xỉ pirit 22

Bảng 3.1. Hàm lượng sắt và asen khi chiết xỉ bằng nước cất 23

Bảng 3.2. Hàm lượng sắt và asen trong quá trình chiết xỉ với axit

ascorbic 0.1M 25

Bảng 3.3. Hàm lượng sắt và asen trong quá trình chiết xỉ với amoni

oxalate và ascorbic 27

Bảng 3.4. Hàm lượng sắt và asen trong quá trình chiết xỉ bằng NaHCO3

0.5M 29

Bảng 3.5. Hàm lượng sắt và asen trong dịch chiết với axit nitric 65% 30

Bảng 3.6. Hàm lượng asen chiết ra từ các pha 31

Page 7: ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI I HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊNrepository.vnu.edu.vn/bitstream/VNU_123/2482/1/01050001730.pdf · thành phần của pirit đôi khi chứa một

1

MỞ ĐẦU

Ô nhiễm môi trường đang trở thành hiểm họa đối với đời sống của sinh

giới và cả đối với con người ở bất kỳ phạm vi nào, từ quốc gia, khu vực đến

toàn cầu. Ô nhiễm môi trường là sản phẩmcủa quá trình công nghiệp hóa và

đô thị hóa diễn ra trên 200 năm nay. Ô nhiễm hiện nay đã lan tràn vào mọi

nơi, từ đất, nước đến khí quyển, từ bề mặt đất đến các lớp sâu của đất và của

đại dương.

Theo khảo sát sơ bộ, bãi xỉ thải pirit của Công tyCổ phần Supe Phốt

phát và Hóa chất Lâm Thao theo năm tháng đã lên tới hàng vạn tấn. "Mỏ" phế

thải đồ sộ này từng là "nghi can" của căn bênh ung thư gây hậu quả nặng nề

đối với nhiều hộ dân xã Thạch Sơn. Trong quặng pirit ngoài thành phần chính

là FeS2 còn có chứa các kim loại nặng độc hại như Mn, Pb, As…Khi đốt

quặng pirit làm ô nhiễm môi trường đất, nước, không khí xung quanh. Xỉ thải

bỏ sau khi đốt pirit để lấy SO2 để sản xuất axit sunfuric được đổ ra môi trường

sẽ là nguồn gây ô nhiễm tiềm tàng cho môi trường nước và đất.

Việc nghiên cứu khả năng gây ô nhiễm môi trường từ xỉ thải pirit đến

môi trường và sức khỏe con người là một yêu cầu cấp thiết không chỉ về mặt

khoa học mà còn là vấn đề an sinh xã hội. Chính vì những lý do trên, chúng

tôi đã lựa chọn thực hiện đề tài: Nghiên cứu, đánh giá khả năng gây ô

nhiễm môi trường của xỉ thải pirit từ quá trình sản xuất sunfuric.Trong

luận văn này, chúng tôi đi sâu nghiên cứu khả năng hấp phụ, dạng và hình

thái hấp phụ của asen lên xỉ thải pirit, từ đó đánh giá khả năng gây ô nhiễm

môi trường khi lượng asen có mặt trong xỉ pirit giải phóng ra môi trường.

Page 8: ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI I HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊNrepository.vnu.edu.vn/bitstream/VNU_123/2482/1/01050001730.pdf · thành phần của pirit đôi khi chứa một

2

Chương 1: TỔNG QUAN

1.1. Tổng quanvề pirit và xỉ thải pirit

1.1.1. Pirit

Pirit hay pirit sắt, là khoáng vật disulfua sắt với công thức hóa học FeS2.

Ở Việt Nam, pirit có ở nhiều nơi như mỏ pirit ở Giáp Lai, Vĩnh Phúc, Ba

Trại...

Pirit thông thường được tìm thấy ở dạng gắn liền với các sulfua hay ôxít

khác trong các mạch thạch anh, đá trầm tích, đá biến chất cũng như trong các

tầng than, và trong vai trò của khoáng vật thay thế trong các hóa thạch. Trong

thành phần của pirit đôi khi chứa một lượng nhỏ vàng. Vàng và asen xuất hiện

như là sự thay thế đi kèm nhau trong cấu trúc pirit. Tại khu trầm tích vàng ở

Carlin, Nevada, pirit asen chứa tới 0.37 % theo trọng lượng là vàng[2]. Pirit

chứa vàng là loại quặng vàng có giá trị.

Pirit bị lộ thiên ra ngoài không khí trong quá trình khai thác mỏ và khai

quật sẽ phản ứng với ôxy và nước để tạo thành sulfat, gây ra sự thoát nước mỏ

axít. Quá trình axít hóa này còn tạo ra từ phản ứng của vi khuẩn chi

Acidithiobacillus, các dạng vi khuẩn tìm kiếm nguồn năng lượng của chúng

bằng cách ôxi hóa các ion Fe2+

thành các ion Fe3+

với việc sử dụng ôxy như là

tác nhân ôxi hóa. Các ion Fe3+

đến lượt mình lại tấn công pirit để sinh ra ion

Fe2+

và sulfat. Fe2+

lại được tạo ra Fe3+

và chu trình này tiếp diễn cho đến khi

pirit cạn kiệt[16].

Pirit thông thường hay bị nhầm lẫn với khoáng vật marcasit do các đặc

trưng tương tự của chúng. Marcasit là dạng đa hình của pirit, nghĩa là nó có

cùng một công thức như pirit nhưng khác về cấu trúc và vì thế khác biệt về

hình dáng tinh thể và tính đối xứng. Tuy nhiên, trạng thái ôxi hóa hình thức là

giống như trong pirit do các nguyên tử lưu huỳnh xuất hiện trong các cặp

tương tự như persulfua. Marcasit là họ hàng ở trạng thái ổn định giả (giả bền)

Page 9: ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI I HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊNrepository.vnu.edu.vn/bitstream/VNU_123/2482/1/01050001730.pdf · thành phần của pirit đôi khi chứa một

3

của pirit và nó sẽ dần dần chuyển sang dạng pirit nếu bị đốt nóng hay thời

gian đủ dài.

Thành phần hóa học của pirit là: Fe – 46,6%; S – 53,4%. Pirit thường

chứa các kim loại nặng như As, Co, Ni, Cu, Cd, Pb, Hg, Cr... Pirit có cấu trúc

tinh thể kiểu NaCl trong đó vị trí của nguyên tử clo được thay thế bằng [S2]2-

,

phân bố dọc theo trục bậc 3, còn ion Fe2+

ở tâm của hình 8 mặt. Khoáng vật

này có mặt như là các tinh thể đẳng cực thường xuất hiện dưới dạng các khối

lập phương. Các mặt của lập phương có thể có sọc (các đường song song trên

mặt tinh thể hay mặt cát khai) do kết quả của sự xen kẽ các khối lập phương

với các mặt diện pirit. Pirit cũng hay xuất hiện dưới dạng các tinh thể bát diện

và dạng diện pirit (hình thập nhị diện với các mặt ngũ giác). Pirit không hòa

tan trong HCl, hòa tan trong HNO3 và dễ hòa tan hơn khi ở dạng bột [3].

1.1.2. Xỉ thải pirit

Pirit là nguyên liệu để sản xuất axit sunfuric. Sau khi đốt pirit để thu

SO2, phần chất rắn còn lại là xỉpirit được thải bỏ.

4FeS2 + 11O2 → 2 Fe2O3 + 8SO2

Thành phần chính của xỉ thải pirit là Fe2O3, tuy nhiên trong xỉ còn chứa

một lượng FeS2 chưa được đốt cháy. Theo các tài liệu tham khảo, trong xỉ thải

pirit còn chứacác nguyên tố kim loại nặng khác như chì, asen, đồng, kẽm,

cadimi…[8].

Xỉ pirit dùng trong quá trình nghiên cứu của luận văn được lấy tại bãi

thải của Công ty Cổ phần Supe Phốt phát và Hóa chất Lâm Thao.

Theo kết quả nghiên cứu cho thấy xỉ thải pirit của Công ty Cổ phần Supe

Phốt phát và Hóa chất Lâm Thao chứa một lượng lớn As. Theo thời gian

chúng sẽ bị phát tán ra môi trường xung quang do hiện tượng rửa trôi và tích

lũy trong lòng đất. Đối với bãi xỉ pirit tồn đọng từ nhiều năm qua (ước tính

trên 30.000 tấn, với diện tích khoảng 20 ha), Công ty đã gia cố, xây cao bờ

Page 10: ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI I HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊNrepository.vnu.edu.vn/bitstream/VNU_123/2482/1/01050001730.pdf · thành phần của pirit đôi khi chứa một

4

đập bãi xỉ và bờ ngăn của hồ đệm bãi xỉ tiếp giáp với xã Thạch Sơn nhằm

ngăn chặn mọi nguồn nước thải từCông ty. Để xử lý triệt để bãi xỉ, trong thời

gian qua Công ty đã ký hợp đồng với Công ty cổ phần Chế biến khoáng sản

Vĩnh Phú nhằm xử lý bãi xỉ pirit còn tồn đọng để thu hồi quặng sắt, theo cam

kết thì đến hết năm 2012, sẽ xử lý xong toàn bộ lượng xỉ pirit tồn đọng. Công

ty đã xử lý được khoảng 1.200 tấn, song từ tháng 7/2010, Công ty cổ phần

Chế biến khoáng sản Vĩnh Phú đã dừng việc xử lý với lý do tìm kiếm công

nghệ mới.

1.2. Các quá trình vận chuyển kim loại nặng từ pirit và xỉ thải pirit vào

môi trường

Dưới sự tác động của nước, các chất khí như O2, CO2... và nguồn năng

lượng bức xạ mặt trời, pirit bị biến đổi và phân hủy. Quá trình biến đổi và

phân hủy này được gọi là quá trình phong hoá. Có ba loại phong hoá:

- Phong hóa vật lý: gây ra do ảnh hưởng của nhiệt độ, gió bão, rửa trôi,

xói mòn…

- Phong hóa hóa học: gây ra bởi hàng loạt các quá trình hóa học như hòa

tan, kết tủa, hấp phụ, nhả hấp phụ, tạo phức…

- Phong hóa sinh học: gây ra do quá trình thay đổi hệ thống sinh học bao

gồm cả động, thực vật.

Tuy nhiên, sự phân chia các loại phong hoá chỉ là tương đối vì trong

thực tế các yếu tố ngoại cảnh tác động đồng thời, do vậy 3 loại phong hoá

đồng thời cùng diễn ra. Các quá trình phong hoá liên quan mật thiết và hỗ trợ

cho nhau, tuỳ điều kiện cụ thể mà một trong 3 quá trình xảy ra mạnh hơn.

Luận văn này trình bày sâu về dạng phong hóa hóa học.

Khác với quá trình phong hoá vật lý, quá trình phong hoá do tác dụng

của các tác nhân hoá học có thể làm cho thành phần hoá học của pirit thay

đổi. Các yếu tố như H2O, O2, CO2... tác động lên pirit làm cho chúng bị phá

Page 11: ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI I HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊNrepository.vnu.edu.vn/bitstream/VNU_123/2482/1/01050001730.pdf · thành phần của pirit đôi khi chứa một

5

huỷ, thay đổi về hình dạng, kích thước, thành phần và tính chất hoá học. Có

thể nói, phong hoá hoá học chính là các phản ứng hoá học diễn ra do sự tác

động của H2O, O2, CO2 lên đá và khoáng vật.

Quá trình phong hoá hoá học được chia thành các quá trình chính là:

* Quá trình hoà tan, hydrat hóa: Xảy ra do một số đặc tính, nước có thể

hoà tan một số chất có trong thành phần pirit. Quá trình hoà tan phụ thuộc

nhiều vào thành phần của pirit. Đối với xỉpirit, theo các nghiên cứu, trong

xỉpirit có chứa một lượng các muối tan của các kim loại Fe, As, Mn, Hg,

Cu…, SO2, SO3…[4]. Khi nước chảy qua bãi xỉ sẽ kéo theo các muối tan.

Ngoài ra, khi nước chảy qua lớp xỉ làm cho pH môi trường xuống thấp do

trong xỉ còn chứa một lượng SO3, quá trình thủy phân của một số ion kim loại

và quá trình oxy hóa pirit tạo môi trường pH thấp hòa tan một số oxit,

hydroxit …. Hàm lượng kim loại nặng giải phóng từ pirit vào môi trường

trong hai quá trình rửa trôi trong điều kiện xung tích lũy và xung không tích

lũy khác nhau.

Sau đó là quá trình hidrat hóa, trong quá trình này các phân tử nước kết

hợp với các khoáng vật không chứa nước để biến chúng thành dạng hydrat.

Các hydrat được hình thành sau quá trình hydrat hóa thường có độ cứng thấp

hơn và thể tích lớn hơn so với quặng, khoáng ở trạng thái bình thường. Vì thế

chúng rất dễ bị phá vỡ thành các mảnh vụn nhỏ hơn.

* Quá trình oxi hoá: Quá trình này phụ thuộc chặt chẽ vào sự xâm nhập

của O2 tự do trong không khí và O2 hoà tan trong nước. Không chỉ có các

phản ứng hóa học mà còn có sự kết hợp của các phản ứng sinh hóa xảy ra.

Quá trình oxi hoá làm cho thành phần pirit bị thay đổi. Do trong khoáng vật,

đá và quặng thường có chứa các ion mức oxi hoá như Fe(II), Mn(II), Cu(I)...

nên khi gặp môi trường oxi hoá chúng dễ dàng chuyển thành các dạng có mức

oxi hoá cao hơn.

Page 12: ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI I HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊNrepository.vnu.edu.vn/bitstream/VNU_123/2482/1/01050001730.pdf · thành phần của pirit đôi khi chứa một

6

Nghiên cứu của José Miguel Nieto về quá trình oxy hóa pirit chỉ ra rằng

quá trình oxy hoá phong hoá hoà tan pirit xảy ra theo phản ứng sau [14]:

2FeS2 + 7O2 + 2H2O → 2Fe2+

+ 4SO42-

+ 4H+

FeS2 + 14Fe3+

+ 8H2O → 15Fe2+

+2SO42-

+ 16H+

4Fe2+

+ O2 + 4H+ → 4Fe

3+ + 2H2O

Fe3+

+ 3H2O → Fe(OH)3 + 3H+

Các quá trình oxi hóa sunfua kim loại được thúc đẩy bởi sự có mặt của

các vi khuẩn oxy hóa.

Khi pirit tiếp xúc với dung dịch giàu sulfat thì nó có thể chuyển đổi

thành jarozit có công thức chung là M+Fe

3+(SO4)2(OH)6, trong đó M

+ là K

+,

Na+, NH4

+, Ag

+ (Pb

2+)

, sau khi FeS2 → Fe(OH)3.

K+ + 3Fe(OH)3 + 2SO4

2- + 3H

+ → KFe3(SO4)2(OH)6 + 3H2O

Axit H2SO4 và Fe3+

được giải phóng ra trong quá trình oxi hoá sulfua

sắt có thể tác dụng lên các khoáng vật sulfua khác và đẩy nhanh quá trình

phân huỷ chúng theo phản ứng

MS + H2SO4 → H2S + MSO4

2MS + 2Fe2(SO4)3 + 2H2O + 3O2 → 2MSO4 + 4FeSO4 +

2H2SO4

(M là các kim loại hoá trị hai: Cu, Pb, Zn...)

Vì vậy, khipirit bị oxi hoá, giải phóng H+ làm tăng độ axit của môi

trường. Chính điều này sẽ làm nồng độ các kim loại nặng như Cu, Co, Zn, Pb,

Cd… tăng.

Asen có trong thành phần củapirit vì thế sau các quá trình phong hóa nó

có thể được giải phóng đi vào các nguồn nước ngầm rồi sau đó phân tán vào

đất và không khí. Các khoáng vật chứa As có thể bị phân tán vào môi trường

dưới các dạng khác nhau phụ thuộc vào vị trí, điều kiện môi trường nơi xảy ra

các quá trình xói mòn, phong hóa và sau phong hóa. Khi sự phong hóa xảy ra

Page 13: ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI I HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊNrepository.vnu.edu.vn/bitstream/VNU_123/2482/1/01050001730.pdf · thành phần của pirit đôi khi chứa một

7

trên bề mặt trái đất hoặc ở các vùng nước bề mặt thì As thường được giải

phóng ra dưới dạng As(V). Các dạng As(V) tạo thành này một phần tan vào

trong nước và bị cuốn trôi đi, còn một phần còn lại bị giữ lại trên bề mặt

quặng hoặc các loại hợp chất có khả năng hấp phụ As [12].

Quá trình thứ tư của phong hóa hóa học là quá trình thủy phân xảy ra do

sự thay thế của các ion kim loại bằng ion H+ trong nước như quá trình thủy

phân của Fe(III) tạo ra do sự oxy hóa Fe(II) tạo thành trong quá trình phong

hóa các khoáng.

* Quá trình giải hấp phụ: Một số cation và anion hấp phụ lên bề mặt pirit

và xỉ thải pirit sẽ bị giải hấp dưới các tác động của yếu tố môi trường như sự

có mặt của các ion, pH... Đây là quá trình ngược lại của quá trình hấp phụ lên

bề mặt.

1.3. Sự phơi nhiễm và tác động của các kim loại nặng trongpiritvà xỉ thải

piritlên con người [1,5,7]

1.3.1. Asen

Asen(nguyên tố hóa học có ký hiệu As và số hiệu nguyên tử 33) là một

nguyên tố rất phổ biến và xếp thứ 20 trong tự nhiên, chiếm khoảng 0.00005%

trong vỏ trái đất... Asen có nhiều dạng thù hình như: màu vàng (phân tử phi

kim) và một vài dạng màu đenvà xám (á kim). Ở dạng tinh thể có màu xám

bạc, ròn, khối lượng nguyên tử là 74.9, tỷ trọng là 5.73, nóng chảy ở nhiệt độ

8.170C, áp suất 28 atm và sôi ở 613

0C.

Asen có các trạng thái oxy hóa -3, 0, +3 và +5. Các trạng thái tồn tại của

asen như axit asenious (H3AsO3, H2AsO3-, HAsO3

2-…), các axit asenic

(H3AsO4, H2AsO4-, HAsO4

2-…), asenat, metyl-asenic axit, dimetylasenic

axit…Hai dạng thường thấy của asen trong tự nhiên là asenit hay asen(III) -

(AsO33-

) và asenat hay asen(V) - (AsO43-

). Các dạng tồn tại của asen phụ

thuộc vào điều kiện môi trường như pH, chất tạo phức, thế oxy hóa

Page 14: ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI I HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊNrepository.vnu.edu.vn/bitstream/VNU_123/2482/1/01050001730.pdf · thành phần của pirit đôi khi chứa một

8

khử…Trong môi trường sinh thái, các dạng hợp chất As hoá trị (III) có độc

tính cao hơn dạng hoá trị (V). Môi trường khử là điều kiện thuận lợi để cho

nhiều hợp chất As thì H3AsO3 độc hơn H3AsO4. Dưới tác dụng của các yếu tố

oxi hoá trong đất thì H3AsO3 có thể chuyển thành dạng H3AsO4. Thế oxy hoá

khử, độ pH của môi trường và Fe3+

..., là những yếu tố quan trọng tác động

đến quá trình oxy hoá - khử các hợp chất As trong tự nhiên.

Asen di chuyển trong tự nhiên nhờ các hoạt động của thời tiết, hệ sinh

thái, các hoạt động của tự nhiên và con người. Không chỉ có trong nước mà

asen còn có mặt trong không khí, đất, thực phẩm, và có thê xâm nhập vào cơ

thể con người. Trong quặng pirit hàm lượng asen dao động trong khoảng 100

– 77000 mg/kg. Tuy nhiên, hầu hết các vấn đề asen trong môi trường là kết

quả của sự lưu chuyển asen dưới các điều kiện tự nhiên. Ngoài ra, các hoạt

động khai thác mỏ cùng với nhiên liệu hóa thạch, sử dụng thuốc trừ sâu có

asen…cũng tạo cơ hội tăng cường những ảnh hưởng.

Asen thường có trong các loại thuốc trừ sâu, thuốc diệt nấm, diệt cỏ.

Trong các hợp chất, asen thường nằm ở dạng asen (III) và asen (V); trong đó

asen (III) độc hơn asen (V).

▪ Asen (III) (AsO33-

) thể hiện tính độc:

– Khi bị nhiễm độc AsO33-

, As (III) sẽ tấn công vào nhóm hoạt động –

SH của enzym, khóa chặt chức năng hoạt động của enzym, tức là làm tê liệt

sự hoạt động của enzym.

EnzymSH

SHAsO3

3 -Enzym

SAsO

S

2OH--

+[ +

Ví dụ dihidrolipoic axit – protein) khi gặp AsO33-

sẽ có phản ứng.

Page 15: ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI I HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊNrepository.vnu.edu.vn/bitstream/VNU_123/2482/1/01050001730.pdf · thành phần của pirit đôi khi chứa một

9

SHCH2

CH2

CH SH

(CH )2

5

C

Protein

O

AsO3 -

3

SCH2

CH2

CH S

(CH )2

5

C

Protein

O

2OH -

AsO -

- Khi bị nhiễm Asen(III) ở nồng độ cao, nó sẽ làm đông tụ protein, có lẽ

là do asen(III) tấn công vào các liên kết có nhóm sunfua trong protein.

▪ Asen(V) (AsO43-

), có tính chất tương tự như PO43-

nên khi bị nhiễm

AsO43-

, nó sẽ thực hiện phản ứng thay thế PO43-

gây ức chế enzym ngăn cản

tạo ra chất ATP (Adenozin triphotphat) là chất sản sinh ra năng lượng cho cơ

thể.

- Đối với người bình thường:

OPOCH2

CH

CH O

2 -

3

OH PO

3 -

4

OPOCH2

CH

C O

2 -

3

OH

OPO2 -

3

A.T.PTù thñy ph©n

t¹o ra

1,3 diphotphat

glixerat

Glyxeandehit

3- photphat

- Khi người bị nhiễm AsO43-

sẽ tham gia phản ứng thế PO43-

, tạo ra sản

phẩm không phải là ATP, nên không sản sinh ra năng lượng cho cơ thể.

Page 16: ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI I HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊNrepository.vnu.edu.vn/bitstream/VNU_123/2482/1/01050001730.pdf · thành phần của pirit đôi khi chứa một

10

Tóm lại, tác dụng độc của asen là do nó làm đông tụ protein, tác dụng

với nhóm chức hoạt động – SH của enzym làm cho enzym bị thụ động hóa,

mất hẳn khả năng hoạt động sinh hóa của enzym, phá hủy quá trình photphat

hóa tạo ra ATP.

Các chất chống tính độc của asen là các hóa chất có chứa nhóm – SH

như 2,3 – dimeccaptopropanol, các chất này chống được tính độc của asen, đó

là do các phân tử của chúng có các nhóm – SH, có khả năng tạo liên kết với

AsO33-

làm mất tác dụng độc của asen.

1.3.2. Sắt

Sắt là nguyên tố hóa học có ký hiệu Fe với số hiệu nguyên tử 26, thuộc

phân nhóm VIIB chu kỳ 4. Sắt là kim loại phổ biến nhất, đứng hàng thứ tư

sau O, Si và Al. Trong vỏ Trái đất sắt chiếm 34.6% về khối lượng, 1.5% tổng

số nguyên tử. Sắt là kim loại đã được biết đến từ thời cổ xưa, có lẽ nó có

nguồn gốc vũ trụ. Trung bình trong 20 thiên thạch từ không gian vũ trụ rơi

xuống Trái Đất có một thiên thạch sắt. Thiên thạch sắt chứa đến 90% sắt. Sắt

có màu trắng xám, dễ rèn và dát mỏng. Sắt nóng chảy ở 1536oC, sôi ở

2880oC, có tỷ khối 7.91.

Những khoáng vật quan trọng của sắt là manhetit (Fe3O4) chứa đến 72%

Fe, hematit (Fe2O3) chứa 60% Fe, pirit (FeS2) và xiderit (FeCO3) chứa 35%

Fe.

AsO 3 - 4

OPO CH 2

CH

C O

2 - 3

OH

OPO CH 2

CH

C O

2 - 3

OH

OAsO 2 - 3

3 - photphat

Glyxerat asenat (chø

kh«ng t¹o ra adenozin

triphotphat)

Tù thñy ph©n

t¹o ra

1- arseno-3

glixerat Glyxeandehit 3- photphat

Page 17: ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI I HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊNrepository.vnu.edu.vn/bitstream/VNU_123/2482/1/01050001730.pdf · thành phần của pirit đôi khi chứa một

11

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tiếng Việt

1. Lê Huy Bá (2006),Độc học môi trường, Nhà xuất bản Đại học Quốc gia

Hồ Chí Minh.

2. Trần Tứ Hiếu, Nguyễn Văn Nội (2008), Cơ sở Hoá học môi trường, Đại

học Quốc gia Hà Nội.

3. Trịnh Khắc Hoàn (2012), Nghiên cứu đánh giá khả năng giải phóng kim

loại nặng từ xỉ thải pyrit lộ thiên, Luận văn thạc sĩ Hoá học, Đại học Quốc gia

Hà Nội.

4. Phạm Ngọc Hồ, Đồng Kim Loan, Trịnh Thị Thanh (2010), Giáo trình cơ

sở môi trường nước, Nhà xuất bản Giáo dục, Hà Nội.

5. Nguyễn Đức Huệ (2010), Giáo trình độc học môi trường, Đại học Quốc

gia Hà Nội.

6. Nguyễn Thanh Huyền (2011), Nghiên cứu ứng dụng xỉ thải pirit của công

ty Supe phốt phát và hóa chất Lâm Thao làm vật liệu xử lý asen và mangan

trong nước ngầm sử dụng làm nước sinh hoạt, Luận văn thạc sỹ Hóa học, Đại

học Quốc gia Hà Nội.

7. Nguyễn Thị Minh (2012), Phân tích theo dõi và đánh giá sự biến thiên

nồng độ các chất độc hại giải phóng ra môi trường từ xỉ thải pyrit trong điều

kiện yếm khí mô phỏng tự nhiên, Luận văn thạc sỹ Hóa học, Đại học Quốc

gia Hà Nội.

8. Hoàng Nhâm, Hóa học vô cơ tập 3, Nhà xuất bản Giáo dục, Hà Nội.

9. Hồ Viết Quý, Cơ sở hóa học phân tích hiện đại, Nhà xuất bản Đại học Sư

phạm, Hà Nội.

10. Nguyễn Thị Thu Trang (2011), Tối ưu quy trình chiết trình tự asen từ

trầm tích và ứng dụng trong việc giải thích sự phân bố asen trong trầm tích

vào nước ngầm, Luận văn Thạc sỹ Hóa học, Đại học Quốc gia Hà Nội.

Page 18: ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI I HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊNrepository.vnu.edu.vn/bitstream/VNU_123/2482/1/01050001730.pdf · thành phần của pirit đôi khi chứa một

12

Tiếng Anh

11. Aguilar,J., Dorronsoro,C., Fernandez,E., Fernandez,J., Garcia,I., Martin,

M.Simon,F. (2004), “Soil pollution by a pyrite mine spill in Spain: evolution

in time”,Environmental Pollution, 132, pp. 395-401.

12. Johnson,D.Barrie and Kevin B.Hallberg(2005), “Acid mine drainage

remediation options: a review”,Science of the Total Environment, 338, pp.3 -

14.

13. Lombi,E., Sletten, R.S., and Wenzel,W.W. (2000),“Sequentially extracted

arsenic from different size fractions of contaminated soils”,Water, Air, and

Soil Pollution, 124, pp.3 - 4.

14. Nieto, J.M., Sarmiento, A.M., Olias, M., Canovas,C.R., Riba, I.,

Kalman,J., Delvalls,T.A. (2006),“Acid mine drainage pollution in the Tinto

and Odiel rivers and bioavailability of the transported metals to the Huelva

Estuary”,Environment International, 33, pp.445 - 455.

15. Primary Industries and Resources SA (2005), Notes on the Brukunga

pyrite mine, Minerals and Energy Resources, Australia.

16. Vaughan, D.J., Craig, J.R. (1978),Mineral Chemistry of Metal

Sulfides,Cambridge University, Cambridge.