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

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

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 Mơi trường Hà Nội Tóm tắt Mỏ nickel Bản Phúc thuộc xã Mường Khoa, huyện Bắc Yên, tỉnh Sơn La kết thúc khai thác thân quặng đặc xít tiến hành thăm dò quặng xâm tán Các liệu thu thập thành phần khoáng vật địa hóa thân quặng trình khai thác kết kiểm tra chi tiết thành phần sulfid mẫu mài láng kính hiển vi phản quang xác định thành phần hố học phân tích cho thấy, thành phần quặng có chứa nhiều sulfid có khả tạo độ axit, đặc biệt pyrotin pyrit Các kết tính tốn axit - base, kết thí nghiệm kết phân tích mẫu đất mẫu nước lấy trường cho thấy khu vực mỏ nickel Bản Phúc có nhiều tiềm tạo thành dòng thải axit mỏ (AMD) Sự tạo thành dòng thải axit mỏ kèm với phân tán kim loại nặng vào mơi 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 Đặt vấn đề Ơ nhiễm mơi trường vấn đề tồn cầu Có nhiều ngun nhân gây nhiễm mơi trường, đó, nhiễm mơi trường từ hoạt động khống sản vấn đề nghiêm trọng Vấn đề oxy hóa sulfid tượng tạo dòng thải axit liên quan với ln vấn đề hàng đầu với q trình hịa tan phát tán kim loại nặng chất độc hại khác vào mơi trường Dịng thải axit mỏ nguồn gây ô nhiễm môi trường phát sinh từ bãi thải dạng đống hồ thải trình chế biến quặng Đó sản phẩm tương tác tự nhiên nước, oxy khoáng vật sulfid cịn lại sau tuyển Do đó, lượng thơng tin chi tiết thành phần khoáng vật cần thiết đánh giá tiềm sinh axit mỏ khoáng [3, 4, 10] Các bãi thải rắn, bãi chứa quặng dạng đống hay quặng đuôi mỏ chất thải rắn từ q trình chế biến khống sản, nguồn gây ô nhiễm môi trường tạo dòng thải axit mỏ AMD kết q trình oxy hóa khống vật sulfid tàn dư, đặc biệt sulfid sắt pyrit pyrotin Nghiên cứu chuyển giao, ứng dụng khoa học công nghệ sử dụng hợp lý tài nguyên, bảo vệ môi trường phát triển bền vững 261 Dòng thải xác định khả sinh axit thực thụ tổ hợp khoáng vật độ nhạy cảm khoáng vật phản ứng với tác nhân phong hố Do đó, mơ tả thành phần khống vật phân tích thành phần hóa học cơng cụ khoa học áp dụng để dự báo AMD, để từ có biện pháp giảm nhẹ khắc phục hậu môi trường khai thác mỏ Kiến thức thành phần khoáng vật chất thải mỏ cung cấp hướng dẫn để lựa chọn phương pháp thích hợp cho việc tính tốn axit - base, kết phương pháp khác tùy thuộc vào thành phần khoáng vật đại diện cho nguồn axit khống vật cung cấp nguồn làm trung hịa Mơ tả thành phần khống vật cung cấp lượng thơng tin (1) nguồn nhận dạng kim loại tiềm độ axit; (2) nguồn trung hòa axit; (3) có mặt khống vật góp phần tính tốn tiềm trung hịa dựa điều kiện phịng thí nghiệm, có hành vi khác điều kiện thực địa; (4) hợp phần tan không tan vật liệu đất; (5) kết cấu kích thước hạt ảnh hưởng đến độ phản ứng khoáng vật khác [10] Mỏ nickel Bản Phúc mỏ sulfid nickel điển hình Việt Nam Mỏ nickel Bản Phúc có nguồn gốc magma dung ly nằm cấu trúc nếp lồi Tạ Khoa có nhiều tiềm khống sản, như: Nikel, đồng, coban [1, 2, 5, 7, 8, 9] Thành phần khoáng vật quặng chủ yếu khống vật sulfid như: pyrotin, penlandit, chalcopyrit,… Đó tiền đề cho tạo thành dòng thải axit mỏ phân tán kim loại nặng vào môi trường Các phương pháp nghiên cứu Các phương pháp nghiên cứu sử dụng như: phân tích kính hiển vi phân cực (đối với đá) kính hiển vi phản quang (đối với khoáng vật quặng), nhiễu xạ rơnghen tia X (XRD), phân tích thành phần hóa học phương pháp hấp phụ nguyên tử mẫu thí nghiệm mẫu nước mặt Ngồi ra, báo chúng tơi sử dụng phương pháp thí nghiệm tính tốn độ axit - base để đánh giá tiềm phát sinh dòng thải axit mỏ Để tính tốn khả tạo axit khả phân tán kim loại nặng vào môi trường, tiến hành thí nghiệm để tính tốn số: Khả tạo axit tối đa (MPA); khả trung hòa axit (NAC); khả thực tạo axit (NAPP); kiểm định khả tạo axit (NAG) - MPA: Khả tạo axit tối đa tính phương pháp phân tích hàm lượng lưu huỳnh có mẫu Coi tất hàm lượng lưu huỳnh tồn mẫu pyrotin Từ đó, tính lượng axit H2SO4 sinh MPA số chịu ảnh hưởng nhiều yếu tố gây nhiễu thành phần khoáng vật, khả tham gia vào phản ứng hóa học tạo axit - ANC: Khả trung hòa axit xác định phương pháp lấy mẫu đá vây quanh khu vực nghiên cứu, sau đó, phân tích hàm lượng khống vật cacbonat để xác định khả trung hòa axit mẫu Kiểm nghiệm khả trung hòa cách nghiền nhỏ mẫu, sau đó, dùng axit H2SO4 cho phản ứng với mẫu, chuẩn hóa pH = để tính tốn lượng axit tiêu tốn Từ đó, tính khả trung hòa axit đá vây quanh - Khả tạo axit (NAPP) xác định NAPP = MPA - ANC Nếu MPA nhỏ ANC NAPP âm, có nghĩa mẫu có đủ ANC để ngăn ngừa tạo axit Trái lại, MPA vượt ANC NAPP dương, tức vật liệu thuộc loại sinh axit NAPP biểu diễn theo đơn vị kg H2SO4/t - Tỷ lệ ANC/MPA tỷ số khả trung hòa axit khả tạo axit tối đa - Kiểm định khả tạo axit (NAG): Nhóm tác giả tiến hành lấy mẫu hóa nhóm khu vực có nguy phát sinh dịng thải axit mỏ Sau đó, tiến hành thí nghiệm để đo lượng axit H2SO4 sinh 262 Nghiên cứu chuyển giao, ứng dụng khoa học công nghệ sử dụng hợp lý tài nguyên, bảo vệ môi trường phát triển bền vững Để mơ q trình oxy hóa khống vật sulfid tính tốn khả tạo thành axit phân tán kim loại nặng, tiến hành thí nghiệm với mẫu quặng nikel đặc xít lấy mỏ nickel Bản Phúc Thí nghiệm tiến hành 60 tuần sau: Lấy 10 kg quặng nickel đặc xít cho vào ống hình trụ có đường kính 73 mm, cao 80 cm, có van xả đáy Mỗi tuần tiến hành đổ nước pha có thành phần tương tự nước mưa vào ống thí nghiệm ngâm 02 Sau đó, mở van đáy, tháo lấy mẫu để phân tích Kết thảo luận 3.1 Đặc điểm tự nhiên mỏ Nickel Bản Phúc Mỏ nickel Bản Phúc có diện tích 1,56 km2, thuộc xã Mường Khoa, trước xã Tạ Khoa, huyện Bắc Yên, tỉnh Sơn La Mỏ nằm cạnh Quốc lộ 37 cách sông Đà khoảng km Xung quanh khu vực mỏ nickel Bản Phúc có số 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, dãy núi chạy theo phương Tây Bắc - Đông Nam bị chia cắt hệ thống suối chảy theo phương Tây Nam - Đông Bắc 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 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 khoảng 33 - 42 0C Mùa khô từ tháng 10 đến tháng 04 năm sau, mùa lạnh Nhiệt độ thấp tới 0C, cao 28 0C, trung bình từ 12 - 14 0C Lượng mưa trung bình năm khoảng 2.032 mm Độ ẩm trung bình khoảng 80 % Khu vực Dự án gần dịng Sông Đà, chảy theo phương Tây Bắc - Đông Nam Dịng Sơng Đà bị chặn lại làm đập thuỷ điện nên đoạn sông trở thành hồ Các suối khu vực chảy theo phương Tây Nam - Đông Bắc phương Đông Nam - Tây Bắc đổ vào Sơng Đà Các suối hình thành theo đới phá huỷ kiến tạo đới đất đá có độ cứng thấp nên phương dịng chảy trùng với đường phương đá gốc Trong mỏ nickel Bản Phúc có Suối Phúc chảy qua khu vực nhà máy tuyển Suối Đăm chảy qua khu vực hồ thải quặng đuôi, 02 suối đổ vào Suối Khoa trước chảy 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 mỏ có địa tầng: Hệ tầng Nậm Sập (D1 - 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 Bản Khoa, kéo theo phương Tây Bắc - Đông Nam, dài khoảng 800 m, rộng từ 200 - 400 m dày nhất: 470 m Gồm đá dunit peridotit có màu đen xanh, xám đen, xám lục, bị phong hố có màu đốm nâu Thành phần chủ yếu olivin bị serpentin hố mạnh hỗn hợp phlogopit, vermiculit, fucxit, talc magnetit nằm khoảng hạt olivin Đá có cấu tạo dồn tích hạt thơ, từ tính mạnh Các đá siêu mafic có tính phân đới rõ rệt, phân đới xác lập dựa sở phân chia chi tiết cấu tạo dồn tích nguyên sinh đá siêu mafic Căn vào đặc điểm chia thành 03 đới từ xuống gồm UB1, UBT UB2 [5, 6] Nghiên cứu chuyển giao, ứng dụng khoa học công nghệ sử dụng hợp lý tài nguyên, bảo vệ mơi trường phát triển bền vững 263 Hình 1: Mẫu lát mỏng đá siêu mafic bị biến đổi (tremolitit) [6] Hình 2: Mẫu lát mỏng đá siêu mafic [6] 3.2.3 Kiến tạo Hoạt động đứt gãy khu vực Tạ Khoa xảy mạnh mẽ, thể rõ nét qua ba hệ thống đứt gãy: Tây Bắc - Đông Nam, Đông Bắc - Tây Nam kinh tuyến [5, 6] + Hệ thống đứt gãy phương Tây Bắc - Đơng Nam điển hình khu vực qua trung tâm vùng Tạ Khoa Hệ thống đứt gãy đứt gãy cổ vùng thường tái hoạt động nhiều lần Có thể có liên quan đến hình thành khối siêu mafic Bản Phúc [5, 6] + Hệ thống đứt gãy Đông Bắc - Tây Nam: phân bố phía Đơng Nam vùng, đứt gãy hình thành muộn hệ thống đứt gãy Tây Bắc - Đông Nam, phát triển chủ yếu hệ tầng Bản Cải [5, 6] + Hệ thống đứt gãy kinh tuyến: Phân bố gần trùng với ranh giới hệ tầng Tạ Khoa 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 quặng đặc xít (thân quặng I) quặng xâm tán (thân quặng II, III) Quặng đặc xít có thành phần khống vật: Pyrotin (70 %); pentlandit (10 %); chalcopyrit (5 %) khống vật phi quặng khác Quặng xâm tán có khoáng vật quặng chiếm khoảng - 10 %, với thành phần chủ yếu pentlandit, pyrotin, violarit, valerit [5, 6] Hình 3: Mẫu khống tướng pyrotin (Pyr), Hình 4: Mẫu khoáng tướng penlandit (Pld), penlandit (Pld) chalcopyrit (Chp) tạo tập chalcopyrit (Chp) tạo ổ lớn hợp đặc xít 264 Nghiên cứu chuyển giao, ứng dụng khoa học công nghệ sử dụng hợp lý tài nguyên, bảo vệ môi trường phát triển bền vững Thành phần hóa học quặng sulfid Ni-Cu đặc xít mỏ nickel Bản Phúc có hàm lượng cao nickel, thấp nguyên tố nhóm platin vàng Các kết phân tích mẫu 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) kiểu quặng bám đáy điển hình có dạng hình chậu, phân bố từ khối 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 nguyên tố nhóm platin thấp < 0,5 ppm [5,6] Thân quặng (III) nằm vách Đông Bắc khối xâm nhập, trước gọi thân quặng treo, thân quặng giàu có dạng thấu kính, chiều dày thay đổi từ 8,5 m tới 59 m, chiều rộng tới 175 m chiều dài 100 m Hàm lượng quặng 0,84 - 2,36 % Ni, trung bình 0,22 % Cu 0,02 % Co Hàm lượng nguyên tố nhóm Platin thấp < 0.5 ppm [5, 6] 3.3.2 Trữ lượng mỏ Mỏ nickel Bản Phúc có trữ lượng thân quặng I 4.570.000 quặng trữ lượng thân quặng (II), (III) khoảng 71.601.000 Hiện nay, khai thác xong thân quặng (I) Thân quặng (II), (III) khơng có hiệu kinh tế nên chưa khai thác [6] 3.3.3 Đặc điểm đá vây quanh Đá vây quanh mỏ Nickel Bản Phúc chủ yếu đá sạn kết vôi, đá phiến chứa vôi hệ tầng Nậm Sập (D1-2 ns) Các đá có khả trung hịa lượng lớn axit sinh từ phản ứng phong hóa khống vật sulfid [5, 6] 3.4 Nguồn gốc mỏ nickel Bản Phúc Theo nhà nghiên cứu kết thăm dị cho thấy mỏ nickel Bản Phúc có nguồn gốc mỏ magma thực sự, đặc điểm quặng hóa thành tạo theo kiểu magma dung ly có liên quan chặt chẽ với thành tạo siêu mafic 3.5 Các hoạt động khoáng sản mỏ nickel Bản Phúc 3.5.1 Hoạt động khai thác Mỏ nickel Bản Phúc khai thác xong thân quặng đặc xít phương pháp hầm lò Các hoạt động khai thác làm phát sinh nước thải hầm lò Trong thành phần nước thải hầm lị có chứa nhiều hóa chất dịng thải axit mỏ Hoạt động khai thác tiếp tục với thân quặng xâm tán có hiệu kinh tế Các hoạt động trình khai thác mỏ nickel Bản Phúc ảnh hưởng đến môi trường chủ yếu nước thải hầm lị, q trình nổ mìn vận tải quặng nguyên khai Mỏ nickel Bản Phúc tiến hành thăm dò thân quặng xâm tán, khai thác thân quặng xâm tán phương pháp khai thác lộ thiên tiềm ẩn nhiều nguy gây ô nhiễm môi trường 3.5.2 Hoạt động tuyển khoáng Mỏ Nickel Bản Phúc xây dựng nhà máy tuyển công suất 200.000 quặng/ năm có quy trình cơng nghệ đại theo tiêu chuẩn Australia Hoạt động tuyển khống sử dụng nhiều loại hóa chất làm thuốc tuyển thải lượng lớn quặng đi, thành phần quặng có chứa nhiều khống vật sulfid, nguy tạo thành dịng thải axit mỏ kim loại nặng 3.6 Sự tạo thành dòng thải axit mỏ phân tán kim loại nặng 3.6.1 Khả tạo axit mỏ kim loại nặng hồ thải quặng đuôi Quặng đuôi phần thải q trình tuyển khống, thành phần quặng chứa số khống vật sulfid mà q trình tuyển khơng thể thu hồi Sau bị oxy hóa Nghiên cứu chuyển giao, ứng dụng khoa học công nghệ sử dụng hợp lý tài nguyên, bảo vệ môi trường phát triển bền vững 265 tạo thành dòng thải axit mỏ phân tán kim loại nặng môi trường Hồ thải quặng đuôi tiềm ẩn khả ô nhiễm môi trường lâu dài Kết phân tích mẫu quặng hồ thải mỏ nickel Bản Phúc phương pháp rơnghen cho thấy thành phần quặng đuôi thành phần khoáng vật sulfid Bảng Kết phân tích thành phần khống vật quặng hồ thải mỏ nickel Bản Phúc phương pháp rơnghen STT 10 Tên khoáng vật Illit - KAl2[AlSi3O8](OH)2 Clorit - Mg3Al2[Si3O10](OH)8 Thạch Anh - SiO2 Felspat - KNaAlSi3O8 Gowtit - Fe2O3.H2O Amphibol Canxit - CaCO3 Pyrotin - Fe1-xS Chalcopyrit - CuFeS2 Stanit - Cu2FeSnS4 Thành phần (%) 30 - 32 4-6 39 - 41 3-5 2-4 1-3 3-5 5-7