Nghiên cứu sự tạo thành dòng thải axit mỏ và phân tán các kim loại nặng vào môi trường tại mỏ nickel Bản Phúc

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:10

Thêm vào BST

Báo xấu

11
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mỏ nickel Bản Phúc thuộc xã Mường Khoa, huyện Bắc Yên, tỉnh Sơn La đã kết thúc khai thác thân quặng đặc xít và đang tiến hành thăm dò quặng xâm tán. Bài viết nghiên cứu sự tạo thành dòng thải axit mỏ và phân tán các kim loại nặng vào môi trường tại mỏ nickel Bản Phúc

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Nghiên cứu sự tạo thành dòng thải axit mỏ và phân tán các kim loại nặng vào môi trường tại mỏ nickel Bản Phúc

NGHIÊN CỨU SỰ TẠO THÀNH DÒNG THẢI AXIT MỎ VÀ PHÂN TÁN CÁC KIM LOẠI NẶNG VÀO MÔI TRƯỜNG TẠI MỎ NICKEL BẢN PHÚC Phạm Văn Chung, Nguyễn Khắc Hoàng Giang, Nguyễn Thị Phương Thanh Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội Tóm tắt Mỏ nickel Bản Phúc thuộc xã Mường Khoa, huyện Bắc Yên, tỉnh Sơn La đã kết thúc khai thác thân quặng đặc xít và đang tiến hành thăm dò quặng xâm tán. Các dữ liệu đã được thu thập về thành phần khoáng vật và địa hóa của các thân quặng trong quá trình khai thác và các kết quả kiểm tra chi tiết về thành phần các sulfid trong các mẫu mài láng bằng kính hiển vi phản quang và xác định thành phần hoá học bằng phân tích cho thấy, trong thành phần quặng có chứa nhiều sulfid có khả năng tạo ra độ axit, đặc biệt là pyrotin và pyrit. Các kết quả tính toán axit - base, kết quả thí nghiệm và kết quả phân tích các mẫu đất và mẫu nước lấy tại hiện trường cho thấy khu vực mỏ nickel Bản Phúc có nhiều tiềm năng tạo thành dòng thải axit mỏ (AMD). Sự tạo thành dòng thải axit mỏ luôn đi kèm với sự phân tán kim loại nặng vào môi trường. Từ khóa: Mỏ nickel; Sulfid; Dòng thải mỏ axit; Kim loại nặng; Bản Phúc. Abstract Research on the creation of mine acid discharge and dispersion of heavy metals into the environment in Ban Phuc nickel mine Ban Phuc nickel mine in Muong Khoa commune, Bac Yen district, Son La province has finished mining dense ore bodies and is conducting exploration for diffuse ore. Data have been collected on the mineralogy and geochemical composition of the ore bodies during the mining process and detailed examination results on the composition of sulfides in the polished samples by reflective microscopy and determination. Determination of chemical composition by analysis showed that in the ore composition, there are many sulfides capable of creating acidity, especially pyrotin and pyrite. The acid-base calculation results, experimental results and analysis results of soil and water samples taken at the field show that the Ban Phuc nickel mine area has a lot of potential to form mine acid discharge (AMD). The mine acid drainage is always accompanied by the dispersion of heavy metals into the environment. Keywords: Nickel mine; Sulfid; Mine acid discharge; Heavy metals; Ban Phuc. 1. Đặt vấn đề Ô nhiễm môi trường đang là vấn đề toàn cầu. Có rất nhiều nguyên nhân gây ô nhiễm môi trường, trong đó, ô nhiễm môi trường từ hoạt động khoáng sản là vấn đề hết sức nghiêm trọng. Vấn đề oxy hóa sulfid và hiện tượng tạo dòng thải axit liên quan với nó luôn là vấn đề hàng đầu bởi vì cùng với quá trình đó là sự hòa tan và phát tán các kim loại nặng cùng các chất độc hại khác vào môi trường. Dòng thải axit mỏ là nguồn gây ô nhiễm môi trường phát sinh từ các bãi thải dạng đống hoặc các hồ thải trong quá trình chế biến quặng. Đó là sản phẩm của sự tương tác tự nhiên giữa nước, oxy và các khoáng vật sulfid còn lại sau tuyển. Do đó, lượng thông tin chi tiết về thành phần khoáng vật là rất cần thiết trong đánh giá tiềm năng sinh axit của mỏ khoáng [3, 4, 10]. Các bãi thải rắn, bãi chứa quặng dạng đống hay quặng đuôi của mỏ là chất thải rắn từ quá trình chế biến khoáng sản, có thể là nguồn gây ô nhiễm môi trường do tạo ra dòng thải axit mỏ. AMD là kết quả của quá trình oxy hóa các khoáng vật sulfid tàn dư, đặc biệt là các sulfid sắt như pyrit và pyrotin. Nghiên cứu chuyển giao, ứng dụng khoa học công nghệ trong sử dụng hợp lý tài nguyên, 261 bảo vệ môi trường và phát triển bền vững
Dòng thải này được xác định bởi khả năng sinh axit thực thụ của các tổ hợp khoáng vật và độ nhạy cảm của các khoáng vật phản ứng với các tác nhân phong hoá. Do đó, mô tả thành phần khoáng vật và phân tích thành phần hóa học sẽ là những công cụ khoa học có thể được áp dụng để dự báo AMD, để từ đó có biện pháp giảm nhẹ và khắc phục hậu quả môi trường khai thác mỏ. Kiến thức về thành phần khoáng vật của các chất thải mỏ sẽ cung cấp các hướng dẫn để lựa chọn các phương pháp thích hợp nhất cho việc tính toán axit - base, bởi vì các kết quả của các phương pháp khác nhau tùy thuộc vào thành phần khoáng vật đại diện cho các nguồn axit và các khoáng vật cung cấp nguồn làm trung hòa. Mô tả thành phần khoáng vật cung cấp lượng thông tin về (1) các nguồn và nhận dạng các kim loại tiềm năng và độ axit; (2) các nguồn trung hòa axit; (3) sự có mặt các khoáng vật có thể góp phần tính toán tiềm năng trung hòa dựa trên điều kiện phòng thí nghiệm, nhưng có hành vi khác nhau trong điều kiện thực địa; (4) các hợp phần tan và không tan của vật liệu đất; (5) kết cấu và kích thước hạt có thể ảnh hưởng đến độ phản ứng của các khoáng vật khác nhau [10]. Mỏ nickel Bản Phúc là một trong những mỏ sulfid nickel điển hình ở Việt Nam. Mỏ nickel Bản Phúc có nguồn gốc magma dung ly nằm trong cấu trúc nếp lồi Tạ Khoa có nhiều tiềm năng về khoáng sản, như: Nikel, đồng, coban [1, 2, 5, 7, 8, 9]. Thành phần khoáng vật quặng chủ yếu là các khoáng vật sulfid như: pyrotin, penlandit, chalcopyrit,… Đó là tiền đề cho sự tạo thành dòng thải axit mỏ và phân tán các kim loại nặng vào môi trường. 2. Các phương pháp nghiên cứu Các phương pháp nghiên cứu được sử dụng như: phân tích bằng kính hiển vi phân cực (đối với các đá) và kính hiển vi phản quang (đối với các khoáng vật quặng), nhiễu xạ rơnghen tia X (XRD), phân tích thành phần hóa học bằng phương pháp hấp phụ nguyên tử đối với các mẫu thí nghiệm và mẫu nước mặt. Ngoài ra, trong bài báo này chúng tôi sử dụng phương pháp thí nghiệm và tính toán độ axit - base để đánh giá tiềm năng phát sinh dòng thải axit mỏ. Để tính toán khả năng tạo axit và khả năng phân tán kim loại nặng vào môi trường, chúng tôi tiến hành các thí nghiệm để tính toán các chỉ số: Khả năng tạo axit tối đa (MPA); khả năng trung hòa axit (NAC); khả năng thực tạo axit (NAPP); kiểm định khả năng tạo axit (NAG). - MPA: Khả năng tạo axit tối đa được tính bằng phương pháp phân tích hàm lượng lưu huỳnh có trong mẫu. Coi tất cả hàm lượng lưu huỳnh tồn tại trong mẫu là pyrotin. Từ đó, tính lượng axit H2SO4 sinh ra. MPA là chỉ số chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố gây nhiễu như thành phần khoáng vật, khả năng tham gia vào các phản ứng hóa học tạo axit. - ANC: Khả năng trung hòa axit được xác định bằng phương pháp lấy mẫu đá vây quanh tại khu vực nghiên cứu, sau đó, phân tích hàm lượng các khoáng vật cacbonat để xác định khả năng trung hòa axit của mẫu. Kiểm nghiệm khả năng trung hòa bằng cách nghiền nhỏ mẫu, sau đó, dùng axit H2SO4 cho phản ứng với mẫu, chuẩn hóa về pH = 7 để tính toán lượng axit đã tiêu tốn. Từ đó, tính ra khả năng trung hòa axit của đá vây quanh. - Khả năng tạo axit (NAPP) được xác định bằng NAPP = MPA - ANC. Nếu MPA nhỏ hơn ANC thì NAPP âm, có nghĩa là mẫu có thể có đủ ANC để ngăn ngừa sự tạo ra axit. Trái lại, nếu MPA vượt quá ANC thì NAPP sẽ dương, tức là vật liệu có thể thuộc loại sinh ra axit. NAPP được biểu diễn theo đơn vị là kg H2SO4/t. - Tỷ lệ ANC/MPA là tỷ số giữa khả năng trung hòa axit và khả năng tạo axit tối đa. - Kiểm định khả năng tạo axit (NAG): Nhóm tác giả tiến hành lấy mẫu hóa nhóm tại các khu vực có nguy cơ phát sinh dòng thải axit mỏ. Sau đó, tiến hành thí nghiệm để đo lượng axit H2SO4 sinh ra. 262 Nghiên cứu chuyển giao, ứng dụng khoa học công nghệ trong sử dụng hợp lý tài nguyên, bảo vệ môi trường và phát triển bền vững
Để mô phỏng các quá trình oxy hóa các khoáng vật sulfid và tính toán khả năng tạo thành axit và phân tán các kim loại nặng, chúng tôi tiến hành thí nghiệm với các mẫu quặng nikel đặc xít được lấy tại mỏ nickel Bản Phúc. Thí nghiệm được tiến hành trong 60 tuần như sau: Lấy 10 kg quặng nickel đặc xít cho vào ống hình trụ có đường kính 73 mm, cao 80 cm, có van xả ở đáy. Mỗi tuần sẽ tiến hành đổ nước được pha có thành phần tương tự như nước mưa vào ống thí nghiệm và ngâm trong 02 giờ. Sau đó, mở van ở đáy, tháo hết nước lấy mẫu để phân tích. 3. Kết quả và thảo luận 3.1. Đặc điểm tự nhiên của mỏ Nickel Bản Phúc Mỏ nickel Bản Phúc có diện tích 1,56 km2, thuộc xã Mường Khoa, trước đây là xã Tạ Khoa, huyện Bắc Yên, tỉnh Sơn La. Mỏ nằm ngay cạnh Quốc lộ 37 và cách sông Đà khoảng 2 km. Xung quanh khu vực mỏ nickel Bản Phúc có một số bản của người dân tộc Thái sinh sống chủ yếu dọc theo tuyến Quốc lộ 37 [6]. Mỏ nickel Bản Phúc có địa hình núi cao, dốc đứng, phân cắt mạnh, các dãy núi chạy theo phương Tây Bắc - Đông Nam và bị chia cắt bởi hệ thống suối chảy theo phương Tây Nam - Đông Bắc và Đông Nam - Tây Bắc. Địa hình phân cắt mạnh từ 550 m đến 130 m, sườn dốc từ 30 - 400 [4]. Khu vực mỏ Bản Phúc cũng như vùng Tây Bắc Việt Nam có 02 mùa rõ rệt. Mùa mưa từ tháng 05 đến tháng 09, mưa nhiều từ tháng 06 đến tháng 08, nhiệt độ cao nhất là khoảng 33 - 42 0C. Mùa khô từ tháng 10 đến tháng 04 năm sau, cũng là mùa lạnh. Nhiệt độ thấp nhất có thể tới 2 0C, cao nhất 28 0C, trung bình từ 12 - 14 0C. Lượng mưa trung bình trong năm khoảng 2.032 mm. Độ ẩm trung bình khoảng 80 %. Khu vực Dự án gần dòng Sông Đà, chảy theo phương Tây Bắc - Đông Nam. Dòng Sông Đà đã bị chặn lại làm đập thuỷ điện nên hiện tại đoạn sông này đã trở thành hồ. Các suối trong khu vực chảy theo phương Tây Nam - Đông Bắc và phương Đông Nam - Tây Bắc đổ vào Sông Đà. Các suối được hình thành theo đới phá huỷ kiến tạo và những đới đất đá có độ cứng thấp nên phương dòng chảy trùng với đường phương của đá gốc. Trong mỏ nickel Bản Phúc có Suối Phúc chảy qua khu vực nhà máy tuyển và Suối Đăm chảy qua khu vực hồ thải quặng đuôi, 02 suối này đổ vào Suối Khoa trước khi chảy ra sông Đà. 3.2. Đặc điểm địa chất mỏ nickel Bản Phúc 3.2.1. Đặc điểm địa tầng Tham gia vào cấu trúc địa chất của mỏ có các địa tầng: Hệ tầng Nậm Sập (D1 - 2 ns); hệ tầng Bản Cải (D3 bc); hệ tầng Đa Niêng (C1 đn); hệ tầng Viên Nam (P3 - T1 vn) [5, 6]. 3.2.2. Đặc điểm magma Các đá siêu mafic Bản Phúc gồm hai khối Bản Phúc và Bản Khoa, kéo theo phương Tây Bắc - Đông Nam, dài khoảng 800 m, rộng từ 200 - 400 m và dày nhất: 470 m. Gồm các đá dunit và peridotit có màu đen xanh, xám đen, xám lục, khi bị phong hoá sẽ có màu đốm nâu. Thành phần chủ yếu là olivin bị serpentin hoá mạnh và ít hỗn hợp phlogopit, vermiculit, fucxit, talc và magnetit nằm ở khoảng giữa các hạt olivin. Đá có cấu tạo dồn tích hạt thô, từ tính mạnh. Các đá siêu mafic có tính phân đới rõ rệt, sự phân đới được xác lập dựa trên cơ sở phân chia chi tiết cấu tạo dồn tích nguyên sinh của các đá siêu mafic. Căn cứ vào đặc điểm này chúng tôi chia thành 03 đới từ trên xuống gồm UB1, UBT và UB2 [5, 6]. Nghiên cứu chuyển giao, ứng dụng khoa học công nghệ trong sử dụng hợp lý tài nguyên, 263 bảo vệ môi trường và phát triển bền vững
Hình 1: Mẫu lát mỏng đá siêu mafic Hình 2: Mẫu lát mỏng đá siêu mafic [6] bị biến đổi (tremolitit) [6] 3.2.3. Kiến tạo Hoạt động đứt gãy trong khu vực Tạ Khoa xảy ra khá mạnh mẽ, được thể hiện rõ nét qua ba hệ thống đứt gãy: Tây Bắc - Đông Nam, Đông Bắc - Tây Nam và á kinh tuyến [5, 6]. + Hệ thống đứt gãy phương Tây Bắc - Đông Nam điển hình trong khu vực đi qua trung tâm vùng Tạ Khoa. Hệ thống đứt gãy này là những đứt gãy cổ nhất trong vùng và thường tái hoạt động nhiều lần. Có thể có sự liên quan đến sự hình thành khối siêu mafic Bản Phúc [5, 6]. + Hệ thống đứt gãy Đông Bắc - Tây Nam: phân bố ở phía Đông Nam vùng, là những đứt gãy hình thành muộn hơn hệ thống đứt gãy Tây Bắc - Đông Nam, phát triển chủ yếu trong hệ tầng Bản Cải [5, 6]. + Hệ thống đứt gãy á kinh tuyến: Phân bố gần trùng với ranh giới hệ tầng Tạ Khoa và hệ tầng Bản Cải [5, 6]. 3.3. Đặc điểm quặng hóa mỏ nickel Bản Phúc 3.3.1. Thành phần vật chất Mỏ nickel Bản Phúc có hai loại là quặng đặc xít (thân quặng I) và quặng xâm tán (thân quặng II, III). Quặng đặc xít có thành phần khoáng vật: Pyrotin (70 %); pentlandit (10 %); chalcopyrit (5 %) và các khoáng vật phi quặng khác. Quặng xâm tán có các khoáng vật quặng chiếm khoảng 5 - 10 %, với thành phần chủ yếu là pentlandit, ít pyrotin, violarit, valerit [5, 6]. Hình 3: Mẫu khoáng tướng pyrotin (Pyr), Hình 4: Mẫu khoáng tướng penlandit (Pld), penlandit (Pld) và chalcopyrit (Chp) tạo tập chalcopyrit (Chp) tạo ổ lớn hợp đặc xít 264 Nghiên cứu chuyển giao, ứng dụng khoa học công nghệ trong sử dụng hợp lý tài nguyên, bảo vệ môi trường và phát triển bền vững
Thành phần hóa học quặng sulfid Ni-Cu đặc xít của mỏ nickel Bản Phúc có hàm lượng cao về nickel, nhưng rất thấp về các nguyên tố nhóm platin và vàng. Các kết quả phân tích mẫu cơ bản của thân quặng sulfid Ni-Cu đặc xít (TQI) hàm lượng biên 0,2 % Ni, có hàm lượng trung bình 1,44 % Ni; 0,69 % Cu; 0,05 % Co; 25 ppb Au; 64 ppb Pt; 30 ppb Pd; 14,42 % S; 2,28 % Mg; 26,7 % Fe [5, 6]. Thân quặng (II) là kiểu quặng bám đáy điển hình có dạng hình chậu, phân bố từ giữa khối về phía tây, dài khoảng 350 m, rộng từ 100 m tới 350 m, chiều dày từ 3,5 tới 40 m. Hàm lượng quặng 0,85 % - 1,36 % Ni; 0,1 % Cu. Hàm lượng các nguyên tố nhóm platin thấp < 0,5 ppm [5,6]. Thân quặng (III) nằm ở vách Đông Bắc khối xâm nhập, trước đây gọi là thân quặng treo, là thân quặng khá giàu và có dạng thấu kính, chiều dày thay đổi từ 8,5 m tới 59 m, chiều rộng tới 175 m và chiều dài có thể trên 100 m. Hàm lượng quặng 0,84 - 2,36 % Ni, trung bình 0,22 % Cu và 0,02 % Co. Hàm lượng các nguyên tố nhóm Platin thấp < 0.5 ppm [5, 6]. 3.3.2. Trữ lượng của mỏ Mỏ nickel Bản Phúc có trữ lượng thân quặng I là 4.570.000 tấn quặng và trữ lượng thân quặng (II), (III) khoảng 71.601.000 tấn. Hiện nay, đã khai thác xong thân quặng (I). Thân quặng (II), (III) do không có hiệu quả kinh tế nên chưa được khai thác [6]. 3.3.3. Đặc điểm đá vây quanh Đá vây quanh của mỏ Nickel Bản Phúc chủ yếu là các đá sạn kết vôi, đá phiến chứa vôi của hệ tầng Nậm Sập (D1-2 ns). Các đá này có khả năng trung hòa một lượng lớn axit sinh ra từ các phản ứng phong hóa các khoáng vật sulfid [5, 6]. 3.4. Nguồn gốc mỏ nickel Bản Phúc Theo các nhà nghiên cứu và kết quả thăm dò cho thấy mỏ nickel Bản Phúc có nguồn gốc mỏ magma thực sự, đặc điểm quặng hóa được thành tạo theo kiểu magma dung ly có liên quan chặt chẽ với các thành tạo siêu mafic. 3.5. Các hoạt động khoáng sản tại mỏ nickel Bản Phúc 3.5.1. Hoạt động khai thác Mỏ nickel Bản Phúc hiện nay đã khai thác xong thân quặng đặc xít bằng phương pháp hầm lò. Các hoạt động khai thác sẽ làm phát sinh nước thải hầm lò. Trong thành phần của nước thải hầm lò có chứa nhiều hóa chất và dòng thải axit mỏ. Hoạt động khai thác sẽ tiếp tục với các thân quặng xâm tán nếu có hiệu quả kinh tế. Các hoạt động trong quá trình khai thác tại mỏ nickel Bản Phúc ảnh hưởng đến môi trường chủ yếu là nước thải hầm lò, quá trình nổ mìn và vận tải quặng nguyên khai. Mỏ nickel Bản Phúc đang tiến hành thăm dò các thân quặng xâm tán, nếu khai thác các thân quặng xâm tán bằng phương pháp khai thác lộ thiên thì sẽ tiềm ẩn nhiều nguy cơ gây ô nhiễm môi trường. 3.5.2. Hoạt động tuyển khoáng Mỏ Nickel Bản Phúc xây dựng một nhà máy tuyển nổi công suất 200.000 tấn quặng/ năm có quy trình công nghệ hiện đại theo tiêu chuẩn Australia. Hoạt động tuyển khoáng sử dụng nhiều loại hóa chất làm thuốc tuyển và thải ra một lượng lớn quặng đuôi, trong thành phần quặng đuôi có chứa nhiều khoáng vật sulfid, là nguy cơ tạo thành dòng thải axit mỏ và kim loại nặng. 3.6. Sự tạo thành dòng thải axit mỏ và phân tán các kim loại nặng 3.6.1. Khả năng tạo axit mỏ và kim loại nặng ở hồ thải quặng đuôi Quặng đuôi là phần thải của quá trình tuyển khoáng, trong thành phần của quặng đuôi sẽ vẫn chứa một số khoáng vật sulfid mà quá trình tuyển không thể thu hồi. Sau khi bị oxy hóa sẽ Nghiên cứu chuyển giao, ứng dụng khoa học công nghệ trong sử dụng hợp lý tài nguyên, 265 bảo vệ môi trường và phát triển bền vững
tạo thành dòng thải axit mỏ và phân tán các kim loại nặng ra môi trường. Hồ thải quặng đuôi tiềm ẩn khả năng ô nhiễm môi trường lâu dài. Kết quả phân tích mẫu quặng đuôi trong hồ thải của mỏ nickel Bản Phúc bằng phương pháp rơnghen cho thấy trong thành phần quặng đuôi vẫn chứ thành phần các khoáng vật sulfid. Bảng 1. Kết quả phân tích thành phần khoáng vật quặng đuôi trong hồ thải của mỏ nickel Bản Phúc bằng phương pháp rơnghen STT Tên các khoáng vật Thành phần (%) 1 Illit - KAl2[AlSi3O8](OH)2 30 - 32 2 Clorit - Mg3Al2[Si3O10](OH)8 4-6 3 Thạch Anh - SiO2 39 - 41 4 Felspat - KNaAlSi3O8 3-5 5 Gowtit - Fe2O3.H2O 2-4 6 Amphibol 1-3 7 Canxit - CaCO3 3-5 8 Pyrotin - Fe1-xS 5-7 9 Chalcopyrit - CuFeS2
Bảng 2. Tiềm năng tạo axit của quặng đuôi thải Hàm lượng NAPP Tỷ lệ ANC/ NAG Số hiệu mẫu lưu huỳnh Khả năng tạo axit (kgH2SO4 /t) MPA (kgH2SO4 /t) (% Sulfua) QĐBP.01 1,3 34 0,3 28 Khả năng cao QĐBP.02 1,4 35 0,2 30 Khả năng cao QĐBP.03 1,6 38 0,3 33 Khả năng cao QĐBP.04 1,7 39 0,4 35 Khả năng cao QĐBP.05 1,2 33 0,1 27 Khả năng cao Trung bình 1,5 31,8 0,26 32,6 Khả năng cao Ghi chú: NAPP: Khả năng thực tạo axit; ANC: Khả năng trung hòa axit; MPA: Khả năng tạo axit tối đa; NAG: Kiểm định khả năng tạo axit. Từ kết quả tính toán khả năng sinh axit tại hồ thải quặng đuôi của mỏ nickel Bản Phúc cho thấy khả năng sinh axit là rất lớn. Quá trình oxy hóa các khoáng vật sulfid để tạo thành dòng thải axit mỏ có thể kéo dài trong nhiều năm sau khi đóng cửa mỏ. Theo tính toán, tổng khối lượng quặng đuôi thải phát sinh trong quá trình khai thác và chế biến thân quặng đặc xít là xấp xỉ 2.087.000 tấn, tương đương 1.334.000 m3 (dung trọng của quặng đuôi là 1,55 tấn/m3). Nếu tiếp tục khai thác các thân quặng xâm tán thì lượng quặng đuôi phát sinh sẽ rất lớn. 3.6.2. Khả năng tạo dòng thải axit mỏ và phân tán các kim loại nặng do sự oxy hóa các khoáng vật Sulfid ở đá thải, bãi chứa, sân công nghiệp. Trong quá trình khai thác và sau khi khai thác các loại quặng được tập kết thành dạng đống. Kết quả của quá trình phong hóa các khoáng vật Sulfid tại các bãi thải, bãi chứa quặng,… là tạo ra axit. Sự tạo thành dòng thải axit mỏ kèm theo sự hòa tan các kim loại nặng và các chất độc hại khác. Để dự báo khả năng phát sinh dòng thải axit mỏ, nhóm tác giả tiến hành lấy mẫu tại khu vực bãi chứa quặng và mẫu tại khu vực đường vận tải trong mỏ để phân tích hàm lượng lưu huỳnh và tính toán khả năng tạo axit như sau: Bảng 3. Kết quả xác định tiềm năng tạo axit đá thải Lưu huỳnh NAPP Tỷ lệ ANC/ NAG Tiềm năng Mẫu quặng lấy sulfua (%) (kg H2SO4 /t) MPA (kg H2SO4 /t) tạo axit Mẫu lấy tại bãi chứa 4,1 126 0,03 114 Rất cao Mẫu lấy tại đường dốc tải 3,7 122 0,02 103 Rất cao quặng Ghi chú: NAPP: Khả năng thực tạo axit; ANC: Khả năng trung hòa axit; MPA: Khả năng tạo axit tối đa; NAG: Kiểm định khả năng tạo axit. Kết quả tính toán cho thấy khả năng tạo axit tại khu vực bãi chứa, đường vận tải là rất lớn. Bãi thải, bãi chứa, mặt bằng nhà máy là những nơi có nhiều nguy cơ tạo dòng thải axit mỏ do quá trình oxy hóa các khoáng vật sulfid. 3.6.3. Kết quả thí nghiệm về sự tạo thành dòng thải axit mỏ và phân tán kim loại nặng Để mô phỏng quá trình oxy hóa các khoáng vật quặng trong mỏ nickel Bản Phúc và sự phát sinh dòng thải axit mỏ. Chúng tôi tiến hành thí nghiệm để mô phỏng quá trình tạo thành dòng thải axit mỏ và phân tán các kim loại nặng với trường hợp các khoáng vật quặng được tập kết dạng đống và để trong điều kiện thông thoáng có nước mưa chảy tràn. Trong bài báo này chúng tôi chỉ trình bày kết quả thí nghiệm với quặng Nickel đặc xít. Các mẫu quặng được lấy tại bãi chứa sau khai thác có thành phần hóa học là: 5,02 % Ni; 2,16 % Cu; 0,17 % Co; 25,3 % S; 43,21 % Fe. Thí Nghiên cứu chuyển giao, ứng dụng khoa học công nghệ trong sử dụng hợp lý tài nguyên, 267 bảo vệ môi trường và phát triển bền vững
nghiệm được tiến hành trong 60 tuần. Kết quả cho thấy độ pH giảm nhanh trong những tuần đầu sau đó ổn định ở mức thấp (pH = 2 ÷ 3). Hình 6: Sự biến thiên của pH theo thời gian trong thí nghiệm với quặng đặc xít mỏ nickel Bản Phúc Kết quả thí nghiệm cũng cho thấy hàm lượng các kim loại nặng tăng nhanh trong những tuần đầu, sau đó ổn định ở mức cao, chứng tỏ sự oxy hóa các khoáng vật sulfid diễn ra ngay sau khi được khai thác và có điều kiện tiếp xúc với không khí và nước. Hình 7: Biểu đồ tổng hàm lượng các kim loại nặng trong thí nghiệm với quặng đặc xít mỏ nickel Bản Phúc 3.6.4. Đặc điểm môi trường nước mặt Để đánh giá hiện trạng môi trường nước mặt của mỏ nickel Bản Phúc, chúng tôi tiến hành lấy các mẫu nước tại các suối và tiến hành đo nhanh các chỉ số môi trường, phân tích để xác định hàm lượng các kim loại nặng. Các kết quả được xử lý và mô phỏng bằng phần mềm Mapinfo và Surfer như sau: Kết quả đo độ pH, Eh và kết quả phân tích hàm lượng các kim loại nặng cho thấy nước mặt tại khu vực mỏ Nickel Bản Phúc có dấu hiệu ô nhiễm, cụ thể là độ pH thấp, hàm lượng các kim loại nặng cao. Quy luật phân bố các chất ô nhiễm là nước từ khu vực hồ thải quặng đuôi chảy vào Suối Đăm, sau đó chảy vào Suối Khoa trước khi đổ vào Sông Đà. Các kim loại nặng theo nước mặt phân tán vào môi trường nước của Suối Đăm, Suối Khoa và Sông Đà. Nước mưa chảy tràn qua bãi chứa quặng, sân công nghiệp rồi chảy vào Suối Phúc, sau đó đổ vào Suối Khoa trước khi đổ vào Sông Đà. Các chất ô nhiễm theo nước mưa chảy tràn phân tán vào môi trường nước mặt tại Suối Phúc, Suối Khoa, Sông Đà. 268 Nghiên cứu chuyển giao, ứng dụng khoa học công nghệ trong sử dụng hợp lý tài nguyên, bảo vệ môi trường và phát triển bền vững
Hình 8: Mô hình độ pH trong môi trường Hình 9: Mô hình phân tán Ni trong nước mặt nước mặt mỏ nickel Bản Phúc mỏ nickel Bản Phúc Hình 10: Mô hình phân tán Fe trong nước Hình 11: Mô hình phân tán Cu trong nước mặt mỏ nickel Bản Phúc mặt mỏ nickel Bản Phúc Hình 12: Mô hình phân tán Cd trong nước Hình 13: Mô hình phân tán As trong nước mặt mỏ nickel Bản Phúc mặt mỏ nickel Bản Phúc 4. Kết luận Mỏ nickel Bản Phúc có thành phần khoáng vật quặng chủ yếu là các sulfid như: Pyrotin, chalcopyrit, penlandit,... Các khoáng vật này khi tiếp xúc với oxy và nước sẽ xảy ra một loạt các phản ứng oxy hóa. Kết quả của các phản ứng là axit sulfuric và các kim loại nặng được hòa tan và phân tán vào môi trường. Con đường phân tán chủ yếu của các kim loại nặng vào môi trường là qua nước mặt, sau đó vào môi trường đất và nước ngầm. Các kết quả tính toán khả năng sinh axit và nghiên cứu bằng mô hình thí nghiệm đã cho thấy mỏ nickel Bản Phúc có nhiều khả năng tạo thành dòng thải axit mỏ và phân tán kim loại nặng vào Nghiên cứu chuyển giao, ứng dụng khoa học công nghệ trong sử dụng hợp lý tài nguyên, 269 bảo vệ môi trường và phát triển bền vững
môi trường. Kết quả phân tích mẫu nước mặt lấy tại các suối xung quanh khu vực mỏ nickel Bản Phúc cho thấy nước suối có độ pH thấp và hàm lượng các kim loại nặng cao. Lời cảm ơn: Nhóm tác giả xin gửi lời cảm ơn ban quản lý đề tài “Nghiên cứu xây dựng mô hình phát tán các kim loại nặng vào môi trường khu vực có khoáng sản sulfur”, mã số: TNMT.2021.562.01 thuộc “Chương trình phát triển khoa học cơ bản trong lĩnh vực khoa học Trái đất theo Quyết định số 562/QĐ-TTg ngày 25 tháng 04 năm 2017 của Thủ tướng chính phủ. Mã số chương trình: 562” đã cung cấp cho nhóm tác giả các số liệu nghiên cứu. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. Andrzej Zela zniewicza, Hoa Trong Tran, Alexander N. Larionovo (2012). The significance of geological and zircon age data derived from the wall rock of the Ailao Shan - Red River Shear Zone, NW VietNam. Journal of Geodynamics, GEOD-1144. No. 18. [2]. Đặng Văn Bát và nnk (2010). Đặc điểm địa chất và sinh khoáng Đông Bắc Việt Nam - Đông Nam Trung Quốc trong Mezozoi-Kainozoi. Đề tài hợp tác nghiên cứu khoa học và phát triển công nghệ theo Nghị định thư khóa V của Ủy ban Hợp tác khoa học, công nghệ Việt Nam - Trung Quốc, mã số: 5 - 310J. [3]. Blowes, D, Moncur, M, Smith, L, Sego, D, Bennett, J, Garvie, A, Linklater, C, Gould, D, Reinson, J (2006). Construction of two large-scale waste rock piles in a continuous permafrost region. Barnhisel, RI (ed.), Proceedings of the 7th International Conference on Axit Rock Drainage (pp. 187 - 199), St Louis, Missouri, American Society of Mining and Reclamation. [4]. Brown, PL, Wickham, MP, Waples, JS, Stevens, CR, Payne, KL, Vinton, BG, Logsdon, M (2009). Estimation of long-term lime demand for remediation of ARD-contaminated groundwater at the Bingham Canyon Mine, Utah, USA. Proceedings: Securing the Future and 8th International Conference on Axit Rock Drainage (p. 10), 22 - 26 June 2009, Skelleftea, Sweden. [5]. Đinh Hữu Minh (2003). Cấu trúc địa chất và đặc điểm quặng hóa sulfid nickel - đồng mỏ Bản Phúc Sơn La. Luận án tiến sĩ - Thư viện Đại học Mỏ - Địa chất, Hà Nội. [6] Đinh Hữu Minh và nnk (2006). Báo cáo thăm dò mỏ Nickel - Bản Phúc. Trung tâm Thông tin Lưu trữ Địa chất, Hà Nội. [7]. Trần Trọng Hòa (Chủ biên) (2005). Hoạt động magma nội mảng lãnh thổ Việt Nam và khoáng sản liên quan. Báo cáo tổng kết đề tài Hợp tác Việt - Nga theo Nghị định thư (2002 - 2004). Lưu trữ Trung tâm TTKHCN QG, Hà Nội, 333 tr. [8]. Trần Trọng Hòa (Chủ biên) (2011). Hoạt động magma và sinh khoáng nội mảng miền Bắc Việt Nam. Nxb. Khoa học Tự nhiên và Công Nghệ, 368 tr. [9]. Izokh, Polyakov G.V., Tran Trong Hoa, Balykin P.A., Ngo Thi Phuong (2005). Permian-Triassic ultramafic-mafic magmatism of Northern Vietnam and Southern China as expression of plume magmatism. Russian Geology and Geophysics, vol. 46, No 9, 942 - 951. [10]. Nguyen Van Pho (2006). Migration capcity of lead in environment and problem of lead pollution in Cho Dien lead-zinc deposit. Geology, serie B, No.27, pp.79 - 86. Ngày chấp nhận đăng: 10/11/2021. Người phản biện: TS. Lê Anh Trung 270 Nghiên cứu chuyển giao, ứng dụng khoa học công nghệ trong sử dụng hợp lý tài nguyên, bảo vệ môi trường và phát triển bền vững