Tại sao Cadmium hay Cadimi thường có trong phân bón có chứa Phốt pho?

I. Giới thiệu về Cadmium

Cadimi hay Cadmium, có ký hiệu hoá học là Cd, là một nguyên tố vi lượng. Đây là một nguyên tố kim loại không được xem là dinh dưỡng, có hại cho con người và môi trường. Có thể tìm thấy nguyên tố này ở ngoài tự nhiên như trong vỏ Trái Đất, trong đại dương hoặc thêm vào đất thông qua các hoạt động tự nhiên (như núi lửa phun trào, phong hóa đá chứa Cadmium, phun nước biển) và các hoạt động nhân tạo (ví dụ: khai thác và nấu chảy quặng chứa kẽm (Zn), đốt nhiên liệu hóa thạch, đốt chất thải, bùn thải, nước tưới tiêu, phân bón và phân bón có nguồn gốc từ đá phốt phát). Và, tùy thuộc vào nồng độ của nó trong đất, Cd có thể tác động tiêu cực đến các sinh vật trong đất và hệ sinh thái đất.

Hình 1. Cadmium . Nguồn Wikipedia

II. Làm thế nào mà Cadmium lại có liên quan đến phân bón?

Phân lân theo như các ông bà vẫn hay gọi có bản chất là gốc Phốt-phát (Phosphate), thường được tạo thành giữa các phản ứng của Đá Phosphate đặc hiệu và acid. Các Đá Phosphatenày có nguồn gốc thường là từ Đá núi lửa (Igneous rock) hoặc Đá trầm tích (Sedimentary rock). Đá núi lửa được hình thành sau khi magma nguội đi và đông cứng lại, khi phun trào chúng đem một lượng nhỏ Cadmium từ trong vỏ trái đất ra ngoài kèm theo đó là cả Phosphate. Một ngoại lệ là trầm tích đá lửa Kola, được tìm thấy ở Nga, có hàm lượng phosphorus 17%.

Tuy nhiên, hơn 80% Đá Phosphate khai thác hiện nay là sử dụng đá trầm tích. Đá trầm tích được hình thành do quá trình nén chặt và kết dính trầm tích – quá trình lắng đọng chậm của xương giàu phốt phát của các loài cá thời tiền sử và các sinh vật biển khác ở nơi (hàng triệu năm trước) là một vùng biển nông.

Điều này có thể được tưởng tượng như một loại súp, với các phân tử Phosphate trôi nổi trong đó. Những phân tử này phản ứng với Canxi (cũng nổi trong súp) để tạo ra Apatit – Ca5(PO4)3. Chất này liên kết với các hợp chất khác để tạo ra các loại Apatit khác nhau, ví dụ: flo để tạo florapatite, hoặc các nhóm hydroxyl (OH- ) để tạo hydroxyapatite.

Tuy nhiên, các nguyên tố khác cũng có thể nổi trong món súp này, bao gồm cả Cadmium. Cadmium phản ứng với các nhóm Phosphate, tạo thành một hợp chất không hòa tan được và được vận chuyển xuyên qua lớp đá trầm tích. Các phức hợp Cadmium không tụ lại với nhau mà được phân tán qua trầm tích, giống như cách mà đường được phân tán qua một chiếc bánh.

Vì sự hình thành của các loại Đá Phosphate là một quá trình tự nhiên, điều đó có nghĩa là bất kỳ tạp chất nào (chẳng hạn như Cadmium) có mặt khi đá được tạo ra đều bị giữ lại trong kết cấu của đá. Chúng vẫn ở đó khi đá được khai thác để sử dụng trong sản xuất phân lân (P).

III. Liệu chúng ta có thể loại bỏ Cadmium khỏi đá phosphate được không?

Với các phương pháp sản xuất supe lân (superphosphate) hiện tại, không thể loại bỏ Cadmium khỏi sản phẩm cuối cùng một cách kinh tế.

Cadmium có thể được loại bỏ một phần bằng cách nung đá ở nhiệt độ cực cao, nhưng điều này có tác dụng phụ. Nó nung phosphate, có nghĩa là nó không thể được sử dụng để sản xuất supe photphat. Cadmium được loại bỏ khỏi đá phốt phát trong quá trình sản xuất axit photphoric (được sử dụng để tạo ra DAP và triple super), nhưng cadmium này kết thúc trong một sản phẩm thải từ bùn phosphogypsum, gây ra các vấn đề về xử lý.

Axit photphoric (được sử dụng để sản xuất các sản phẩm như DAP và triple super) thường có hàm lượng cadmium thấp hơn từ đó giúp làm loãng hiệu quả nồng độ cadmium trong phân lân, đó là lý do tại sao DAP và triple super có hàm lượng cadmium thấp hơn, trên cơ sở mỗi kg phân lân.

IV. Vậy làm sao để giảm được hàm lượng Cadmium trong phân bón

Trong quá trình sản xuất supe lân không xảy ra hiện tượng thất thoát sản phẩm. Nói cách khác, tất cả phosphate và cadmium có trong đá được giữ lại trong sản phẩm cuối cùng. Do đó, cách hiệu quả nhất để giảm thiểu mức độ cadmium trong supe lân là chọn nguyên liệu thô tự nhiên có mức độ tương đối thấp của vật liệu này. Đây là một hành động cân bằng, vì điều quan trọng nữa là nguyên liệu thô phải chứa hàm lượng phốt phát đủ cao, ít mùi và khả năng phản ứng và tạo hạt tốt, để sản phẩm cuối cùng có thể chấp nhận được về mặt kinh tế và về mặt nông học.

V. Quy định về hàm lượng Cadmium có trong phân bón ở một số quốc gia