Chương 6 ĐỘC HỌC MÔI TRƯỜNG CÁC QUÁ TRÌNH
6.1. Khai thác mỏ và nấu luyện kim loại
Kim loại và các sản phẩm kim loại có thể được xem là nền móng thiết yếu đối với cuộc sống đương đại của chúng ta. Ngay từ thời thựơng cổ con người đã biết khai thác, chế hoá để sử dụng (đồng, đồng thau, sắt) và cả kim loại quý (vàng). Giống như các ngành công nghiệp nguyên liệu khác, ngành công nghiệp kim loại được hình thành và định hình thành một kết cấu xã hội của xã hội loài người và mang lại lợi ích to lớn. Xong mặt trái tiêu cực của sự khai mỏ và nấu luyện kim loại bao gồm khả năng gây ảnh hưởng độc hại của chúng đến sức khoẻ con người và hệ sinh thái, là không tránh được. Sự hiểu biết rộng khắp hơn về các cơ chế tác động tiềm tàng này, kĩ thuật và công nghệ tốt hơn có thể được áp dụng để giảm thiểu chúng.
Trong quá khứ các tác động âm của sự khai mỏ và công nghiệp luyện kim để lại những hậu quả khôn lường cho con người và thiên nhiên. Những vùng đất rộng lớn bị phá huỷ, thường liên quan đến khai thác mỏ, làm mất đi nơi cư trú, sinh sống, cảnh quan thiên nhiên. Sự gia công kim loại, đặc biệt là nấu luyện, có ảnh hưởng rộng khắp hơn mà vẫn phải chấp nhận. Rất nhiều cảnh báo nghề nghiệp về tác động môi trường của sự tách chiết và làm sạch kim loại. Các trận mưa axit xảy ra ở nhiều nơi. Các lò cao chủ yếu được đốt bằng nhiên liệu hoá thạch hoặc các quá trình gia công quặng kim loại chứa lưu huỳnh giải phóng ra các tiền chất của axit sunfuric và axit nitric vào bầu khí quyển và được vận chuyển đi những khoảng cách xa hàng trăm hoặc hàng nghìn kilomet dẫn đến sự lắng đọng axit gây hại cho đời sống thực vật, hoà tan kim loại độc, thay đổi pH nguồn nước chảy và nước mặt, phá huỷ hệ sinh thái.
6.1.2. Các quá trình bao gồm sự tách chiết và làm sạch kim loại Chu kì hoạt động này được bắt đầu từ sự khảo sát thăm dò.
Khảo sát, thăm dò
Sự thăm dò quặng được khởi đầu bằng những nghiên cứu không xâm thực (sử dụng bản đồ địa chất hiện có, viễn thám từ vệ tinh hoặc máy bay, quan sát thực địa), thăm dò địa lí (địa chấn, trọng lực, trở kháng, từ trường và các thiết bị điện từ trường). Tiếp theo là đào, khoan, ít nhiều có sự xâm thực. Các phương pháp ít xâm thực là các phương pháp sinh học (địa thực vật, dựa vào khu hệ thực vật đặc trưng; sinh địa hoá, dựa vào sinh tích luỹ kim loại trong thực vật).
Khai mỏ
Sau khi quặng kim loại đã được nhận biết, đánh giá trữ lượng, kinh tế, thì mỏ được xây dựng trên mặt đất hoặc dưới sâu tuỳ mỏ lộ thiên hoặc nằm sâu, và tiến hành khai thác. Sau khai mỏ, làm giàu (thường có đập, nghiền), nấu chảy và tinh chế kim loại bao gồm nhiệt luyện, thuỷ luyện (dùng dung môi ngâm chiết kim loại ra khỏi quặng của nó) và điện luyện (điện phân). Các quá trình này đều có sự phát thải (từ quặng và hoá chất sử dụng).
Sự khai thác mỏ tại chỗ ngâm chiết kim loại mong muốn khỏi vật liệu mẹ bằng xử lí vi sinh hoặc hoá học và kim loại được thu hồi từ dung dịch, thường áp dụng cho quặng độ thấp (uran, đồng).
Nấu kuyện
Phương pháp cũ dùng phổ biến trước đây là nhiệt luyện (rang nóng và nấu chảy).
Các sunfua kim loại và oxit kim loại được chuyển thành kim loại tinh khiết nhờ nhiệt, các quặng sunfua giải phóng ra lưu huỳnh đioxit. Sự rang nóng và nấu chảy trong các lò hở tạo ra khói mù ở mặt đất bởi axit và bụi hạt kim loại. Công nhân cũng như các hệ sinh thái lân cận bị phơi nhiễm với nồng độ rất cao các chất ô nhiễm, thường gây ra các thảm hoạ. Việc xây dựng các ống khói cao để phân tán, pha loãng vào khí quyển các chất độc hại, tuy có cải thiện cho bầu không khí xung quanh, xong không cơ bản. Sự thay đổi hiện nay để hạn chế sự phát thải chất độc hại là bằng rửa dòng khí thải đi ra.
6.1.3. Các chất quan tâm được tạo ra và hình thành
Rất nhiều kim loại được sử dụng với lượng lớn như Fe, Cu, Ni, Pb, Zn tồn tại ở dạng quặng sunfua. Các sunfua bị khử khi nhiễm không khí và nước chúng mang trên bề mặt, tạo ra axit sunfuric qua dãy các oxi hoá vi sinh và hoá học. Trong quá trình khai thác mỏ, axit sunfuric tạo ra và hoà tan các kim loại từ quặng và vật liệu địa chất khác. Sau đó nước mang kim loại axit, thường có pH < 2,0, chảy vào nước mặt, gọi là nước rỉ axit mỏ.
Lưu huỳnh đioxit từ rang và nấu chảy quặng, ví dụ:
2 NiS (r) + 3 O2 (k) 2 NiO (s) + 2SO2 (k)
là chất độc thực vật mạnh và lắng đọng axit sinh ra từ sự chuyển hoá hoá học trong quá trình vận chuyển dài trong khí quyển.
Sự phát thải bụi hạt kim loại từ rang nóng và nấu chảy quặng, thường ở dạng các oxit, rơi xuống các vùng gần nguồn, gây ô nhiễm đất và nước bề mặt. Nếu đất hoặc nước có tính axit hoặc nếu chúng được axit hoá bởi chính sự phát thải lưu huỳnh, thì chúng sẽ tan, làm tăng tính lưu động và tính sinh học của chúng.
6.1.4. Độc học môi trường của sự khai mỏ và nấu luyện
Đứng trên quan điểm độc học, nước rỉ axit mỏ là vấn đề chủ yếu trong sự khai các mỏ sunfua. Nước rỉ axit cao từ mỏ và các hoạt động liên quan đến khai mỏ không chỉ độc vì độ axit của nó, mà còn ở sự hoà tan và làm lưu động các kim loại từ quặng và vật liệu địa chất khác. Đứng về mặt sinh thái sự thay đổi pH sẽ làm thay đổi tính “đệm” của môi trường nước, ảnh hưởng trực tiếp tới đời sống của động, thực vật thuỷ sinh, chưa nói đến nồng độ các kim loại cao do tan nhiều gây độc.
Ngoài ra người ta thấy không chỉ nước rỉ axit chảy ra từ mỏ mà ngay cả một thể tích lớn nước từ vật liệu thải chứa chất độc (đất, đá loại bỏ khi khai thác quặng, đuôi quặng) chứa nồng độ tương đối thấp các kim loại tan cũng là một vấn đề, đặc biệt là những kim loại phóng xạ, như urani.
Nấu luyện
Sự phát thải vào không khí từ các lò nấu thể hiện một sự quan tâm chủ yếu khác đối với tác động môi trường của sự gia công kim loại. Sự phát thải các hạt bụi nói chung chứa các oxit kim loại. Ngoài kim loại chính quan tâm còn có mặt nhiều kim loại khác đi cùng có trong quặng, vì nguyên nhân nào đó, chẳng hạn không kinh tế, nên không được thu hồi. Tất cả các kim loại này là nguồn độc tiềm năng. Các hạt bụi có khuynh hướng khuếch tán ra xa trong bán kính có thể lên tới 100 km tuỳ thuộc vào chiều cao nguồn và địa hình phong thổ và dần dần rơi xuống mặt đất. Độc học môi trường của các kim loại đã được đề cập đến ở các phần trên, ở đây nêu ra các ảnh hưởng về mặt sinh thái.
Bụi hạt kim loại rơi xuống làm nứoc bề mặt thay đổi và tích tụ vào đất, bùn sa lắng và thường tập trung nhiều ở tầng bề mặt (tầng canh tác, tầng các khu hệ thực vật và khu hệ động vật sinh sống, phát triển ) gây tác động nghiêm trọng đối với động, thực vật.
Các khu hệ động, thực vật trên cạn, dưới nước ở các vùng lân cận các lò nấu luyện đã được nghiên cứu khá đầy đủ, và kết quả khá kịch tính, chẳng hạn, các khu hệ động thực vật lại được cải thiện tốt lên. Tuy nhiên nguyên nhân trực tiếp của các ảnh hưởng quan sát được đối với khu hệ sinh vật bản địa hoặc các hệ được quản lí như rừng, nông
nghiệp ở vùng lân cận lò nấu luyện thường rất khó xác định do hiếm có sự tác động nguyên tố đơn mà là tác động đồng thời của nhiều nguyên tố, nên có loài bị mất đi, có loài lại phát triển. Sự bổ sung vào hỗn hợp các kim loại và các chất độc khác như mù lưu huỳnh đioxit và sự axit hoá thường kết hợp với sự ô nhiễm kim loại, thì điều rắc rối trên hoàn toàn có thể hiểu được. Những ảnh hưởng có hại đối với các khu hệ sinh vật vùng lân cận lò nấu luyện xảy ra hầu như ít ngoại lệ. Các bụi oxit kim loại không tan hoặc khó tan ít hoạt động, khi tan ra sẽ gây ảnh hưởng mạnh hơn.