Đến nay, trong hoạt động khai thác và tinh luyện bauxit để sản xuất ra alumin trên thế giới, người ta vẫn sử dụng phương pháp Bayer truyền thống, với nhược điểm là tạo ra một lượng lớn bùn đỏ, là mối hiểm họa lớn về môi trường. Hơn nữa, trong bùn đỏ còn chứa một số khoáng sản có ích như sắt, đất hiếm, titan … không thu hồi được, gây lãng phí tài nguyên. Bài viết giới thiệu phương pháp Orbite Aluminae của các nhà khoa học Canada, một đột phá công nghệ trong luyện alumin từ quặng bauxit. Công nghệ này tinh chế ra alumin không tạo ra bùn đỏ, không những thế, công nghệ này còn có thể chiết tách được một số sản phẩm khác như các kim loại đất hiếm từ bùn đỏ đang tồn đọng từ trước ở các bãi thải.
Những số liệu tính toán cho thấy, trong giai đoạn 2015 – 2018, trên thế giới sẽ tồn chứa khoảng 4 tỷ tấn bùn đỏ trên những quy mô và khu vực khác nhau. Tới nay, phương pháp Bayer được sử dụng để tinh chế bauxit sản xuất ra alumin (oxit nhôm) đã tạo ra một lượng lớn chất thải bùn đỏ. Kể từ khi phương pháp này được áp dụng vào cuối những năm 1800, biện pháp xử lý duy nhất đối với lượng bùn đỏ mang tính kiềm này là cất giữ trong bể chứa. Do vậy, khi lượng bùn đỏ này thoát ra, sẽ tạo nên những nguy hại về môi trường, tương tự như sự cố tràn bùn tại Ajka, miền Tây Hungary năm 2010.
Trung bình, quặng bauxit chứa khoảng 40% – 50% alumin. Phương pháp Bayer sử dụng một dung dịch natri hidroxit nóng để thủy phân quặng. Khi chuyển đổi alumin thành natri aluminat, những tạp chất rắn khác không hòa tan và được lọc bỏ. Khi dung dịch kiềm được làm mát, nhôm hiđroxit (Al(OH)3) sẽ kết tủa. Các tạp chất rắn hầu hết là hỗn hợp gồm silic oxit, oxit sắt (màu đỏ) và titan dioxit.
Lượng silic có trong quặng bauxit có thể dao động từ vài % đến 10%. Tỷ lệ giữa alumin và silic oxit quyết định chất lượng quặng bauxit. Quặng bauxit có chất lượng tốt nhất khi tỷ lệ này đạt giá trị cao nhất và ngược lại. Thông thường, chế biến được một tấn alumin từ quặng bauxit có chất lượng tốt nhất tạo ra 2 tấn bùn đỏ. Tỷ lệ silic oxit tăng thì lượng bùn đỏ cũng tăng theo. Với tỷ lệ 10% silic oxit, phương pháp Bayer trở lên không kinh tế do lượng bùn đỏ lớn.
Công ty Orbite Aluminae Inc. của Canada vừa đưa ra một giải pháp không những tinh chế ra alumin không tạo ra bùn đỏ mà còn có thể chiết tách được một số sản phẩm khác như các kim loại đất hiếm từ các khu vực chứa bùn đỏ hiện có. Vào đầu tháng Hai năm 2013, Công ty Orbite Aluminae đã thông báo về việc Công ty hiện đang hợp tác với Công ty Dịch vụ Môi trường Veolia, một công ty quản lý chất thải có kinh nghiệm trong công nghệ xử lý nước thải tiến hành xử lý và tái chế bùn đỏ. Bên cạnh đó, họ sẽ tiến hành xây dựng nhà máy xử lý bùn đỏ đầu tiên sử dụng phương pháp Orbite Aluminae.
Phương pháp Orbite Aluminae
Theo đánh giá của Chủ tịch kiêm CEOCông ty Orbite Aluminae Inc., ông Richard Boudreault, phương pháp Bayer là một phương pháp không hiệu quả. Hệ thống thủy phân chỉ có thể thu được một nửa lượng alumin, phần alumin còn lại kết hợp cùng với sắt tạo thành hỗn hợp bùn đỏ. Khi đó, hầu như tất cả quặng sắt liên kết chặt chẽ với silic oxit. Như vậy, một lượng lớn kim loại bị tổn thất trong bùn đỏ. Trong khi đó, với phương pháp Orbite Aluminae, người ta có khả năng thu hồi hầu như toàn bộ những gì có trong quặng bauxit.
Phương pháp Orbite Aluminae cũng là phương pháp thủy phân kim loại nhưng sử dụng axit thay cho bazơ (chất kiềm). Loại axit được sử dụng là axit clohyđric (HCl), loại axit có trong dạ dày con người. Dạ dày con người không tiêu hóa silic oxit có trong thức ăn, tương tự như vậy, trong phương pháp này, silic oxit không có trong dung dịch nên bùn đỏ không thể hình thành.
Trong phương pháp Orbite Aluminae, axit được sử dụng để thủy phân quặng bauxit, tuy nhiên, ban đầu áp dụng đã gặp không ít khó khăn. Axit HCl có khả năng ăn mòn mọi thứ, kể cả bể chứa. Bởi vậy, người ta đã tiến hành phun một lớp lót thủy tinh lên thành các bể chứa (hay bể thủy phân). Đây là một công nghệ mới mà chỉ vài năm gần đây mới được ứng dụng. Lớp lót thủy tinh cho phép sử dụng axit mà không gây ảnh hưởng đến thiết bị.
