1.3.3.1. Đặc điểm địa chất thủy văn, địa chất công trình
a/ Đặc điểm địa chất thuỷ văn. Nƣớc mặt
Nƣớc mặt ở đây chủ yếu là nƣớc mƣa. Khu vực mỏ đều có dòng suối chảy qua với lƣu lƣợng không lớn (trừ những ngày mƣa lũ) từ 1-2lít/s đến 25-30lít/s.
Nƣớc ngầm
Nƣớc ngầm lƣợng nƣớc ngầm qua quá trình kiểm tra lƣợng nƣớc ngầm trung bình từ 30m3/h về mùa mƣa khoảng 50m3/h -70m3/h.
b/ Đặc điểm địa chất công trình.
Khu mỏ có cấu trúc địa chất phức tạp, và phân tán nhiều nơi.
Các khối quặng tại khu vực Tây mêtits đƣợc nằm trong vùng đá ổn định, thuộc đất đá loại IV, cấp độ cứng của đất đá là f = 11 -12.
Các khối quặng tại khu vực lò cái 1A mỏ Ba đƣợc nằm trong vùng đá ổn định, thuộc đất đá loại IV, cấp độ cứng của đất đá là f = 11 -12.
Các khối quặng tại khu vực Đông mêtits đƣợc nằm trong vùng đất đá kém ổn định, thuộc đất đá loại II, cấp độ cứng của đất đá là f = 8 - 10. Các khối quặng tại khu vực 1B mỏ Ba đƣợc nằm trong vùng đất đá kém ổn định, thuộc đất đá loại II, cấp độ cứng của đất đá là f = 8 - 10.[6]
1.3.3.2. Đặc điểm địa chất khoáng sản
Khu mỏ kẽm chì Làng Hích nằm trên địa bàn xã Tân Long, cách trung tâm huyện Đồng Hỷ chừng 25km. Tại đây phát triển các thành tạo cacbonat, lục nguyên, lục nguyên xen carbonat tuổi Paleozoi thuộc nếp nổi Thần Sa. Các tụ khoáng và điểm quặng hóa thƣờng phân bố theo các đới đập vỡ của đá vôi thuộc hệ tầng Mia Lé (D1ml) và hệ tầng Bắc Sơn (C-P bs) tạo thành các thân quặng có dạng mạch, dạng trao đổi thay thế. Mỗi tụ khoáng thƣờng có hai đến nhiều thân quặng, kéo dài 25-300m, dày 1-4m, duy trì xuống sâu có khi đến đến 100m.
Mỏ kẽm chì Làng Hích tập trung vào ba khƣ vực chính là: Mỏ Ba, Metis và Bắc Lâu. Ba khu vực này nằm kề nhau, có cấu tạo địa chất khá giống nhau. Tuy nhiên tại Mỏ Ba và Metis quặng chủ yếu là sunfua, còn tại Bắc Lâu chủ yếu là quặng thứ sinh. [1]
Mỏ Ba là mỏ có trữ lƣợng quan trọng nhất của toàn mỏ Làng Hích. Quặng hóa phân bố trong đá vôi, vôi silic, đá vôi dolomite thuộc hệ tầng Bắc Sơn, gần tiếp xúc với hệ tầng Mia Lé.
Mỏ gồm nhiều thân quặng dài từ vài chục mét đến gần 300 mét, dày từ 1-2m đến 35m, sâu 100m. Căn cứ vào hình dạng thân quặng và mối quan hệ với các thành tạo vây quanh có thể phân thành 4 loại thân quặng:
+ Thân quặng có hình dạng không đều đặn, liên quan với các đứt gãy kiến tạo hƣớng Tây Bắc (3300) cắm về Tây Nam ở phần Đông và Tây lò 1B, hƣớng Đông Bắc (300) căm về Tây Bắc (300 - 400)
+ Các thân quặng nghiêng, đôi khi có dạng lớp. Khoáng hóa xuất hiện giữa các đứt gãy.
+ Các mạch nghiêng liên quan đến với các đứt gãy kiến tạo. Các mạch nghiêng hƣớng Đông Bắc (300), cắm về Đông Nam với góc dốc 700
hƣớng Tây Bắc (3200), cắm về Đông Bắc (00 - 800) nhƣ ở lò 11.
+ Các mạch canxit hơi nghiêng cùng với một lƣợng quặng xâm tán nhỏ. b, Khu vực Metis
Các thân quặng của mỏ phân bố trong vùng phát triển đá vôi, vôi sét, vôi silic, vôi tái kết tinh thuộc hệ tầng Bắc Sơn, gần tiếp xúc với loạt sông Cầu D1 sc.
Mỏ có hai kiểu thân quặng chính: Các thân quặng dạng mạch rất dốc đứng lấp đầy và các thân quặng biến chất trao đổi không đều. Ngoài ra, trong khu vực còn có quặng eluvi-deluvi bị oxy hóa. Tất cả các khoáng hóa thuộc khu Làng Hích đều liên quan trực tiếp với đứt gãy chính Làng Hích có phƣơng Đông Bắc - Đông (600). Cắm dốc về phía Nam hoặc nằm ngay trên nóc, trong cacbonat tiếp xúc với cát kết phân phiến.
c, Khu vực Bắc Lâu
Khoáng hóa khu vực Bắc Lâu nằm ở tiếp xúc giữa các đá cacbonat và cát kết phân phiến. Thành phần quặng ở đây gồm cả quặng sunfua và oxit. Đặc điểm quặng sunfua tƣơng tự nhƣ khoáng hóa của đứt gãy Đông và Mỏ Ba. Quặng oxy hóa nằm
trên các sƣờn (deluvi) có chiều dày khoảng 1-2m, đôi khi dạng lấp đầy trong các hốc đá vôi.
Nhìn chung, quặng hóa kẽm chì trong khu vực Làng Hích thƣờng tập trung dọc theo các đứt gãy phƣơng Đông Bắc - Tây Nam. Thành phần chủ yếu của quặng là galenit, sphalerit, pyrite. Ở một số tụ khoáng, quặng bị oxy hóa tạo thành các thân quặng thứ sinh gồm chủ yếu là cerusit, anglesit, smithsonit, calamine. Hàm lƣợng kẽm thƣờng đạt trên dƣới 10%. Ngoài chì, kẽm trong quặng còn có hàm lƣợng cadmi khá cao.
1.3.3.3. Đặc điểm thành phần khoáng vật khu mỏ kẽm chì Làng Hích
a, Tổ hợp khoáng vật quặng
Quặng kẽm chì khu vực Làng Hích có thành phần khoáng vật chủ yếu là sphalerit, galenit, pyrite và các khoáng vật thứ yếu khác nhƣ arsenopyrit, pyrotin.
Sphalerit chiếm phần lớn, màu nâu sáng, màu nâu sẫm và màu xám sáng có kích thƣớc từ 0,0m đến vài milimet.
Galenit số lƣợng không nhiều tạo thành các tập hợp, hoặc các hạt biệt lập mọc xen với sphalerit và pyrite.
Pyrit ít gặp, thƣờng là các hạt nhỏ, hoặc các hạt trung bình bị vỡ vụn, có dấu hiệu bị gặm mòn.
Pyrotin có dạng tha hình và nhiều trƣờng hợp bị dập vỡ tạo nhiều hạt nhỏ bị gặm mòn xung quanh có dạng hơi tròn cạnh và kéo dài theo chuỗi nhồi theo các khe nứt của đá mẹ.
Arsenopyrit có tinh thể dạng hình bình hành hoặc bán thoi, có độ mài nhẵn tốt.
b, Các khoáng vật phụ đi kèm
Khoáng vật phi quặng chủ yếu là canxit màu trắng tồn tại dƣới thấu kính không đều, dài vài chục mét, dày khoảng 1m.
Trong khu vực này cũng có quặng Pb và Zn deluvi thứ sinh nhƣ smithsonit, calamine, hydrozincit,octavit, cerusit, anglesit, covelit và limonit.
Khoáng vật thứ sinh phổ biến nhất là smithsonit có màu nâu hạt dẻ vàng, dạng khối và thƣờng đi kèm với limonit.
Các khoáng vật thứ sinh của chì khá hiếm, cerusit phổ biến hơn, tạo thành những tinh thể nhỏ gần 1mm dạng tấm màu nâu vàng nhạt hoặc trắng nằm trong những lỗ hổng và khe nứt của quặng oxy hóa hoặc những tập hợp hạt mịn nâu sẫm gần nhƣ đen, liên quan chặt chẽ với galenit.
Ngoài ra còn gặp các khoáng vật của sắt nhƣ siderite và limonit dạng hạt nham nhở màu vàng, màu nâu bẩn.
c, Các giai đoạn tạo quặng - Cấu tạo và kiến trúc quặng
Trong các thân quặng thuộc mỏ Làng Hích thƣờng có cấu tạo khối, mạch, xâm tán, dài, chiều dày dao động từ một vài phần milimet tới vài milimet hay cỡ centimet, hoặc cấu tạo dạng ổ đặc xít hình thành do biến chất trao đổi thay thế đá cũng nhƣ quặng đƣợc hình thành vào các giai đoạn trƣớc. Đó là sự thay thế khoáng vật cacbonat, arsenopyrit, pyrite, pyrotin bằng các khoáng vật quặng nhƣ sphalerit, galenit, chancopyrit.
Kiến trúc quặng phổ biến là hạt tự hình, cà nát, nhũ tƣơng do phá hủy dung dịch cứng và kiến trúc gặm mòn thay thế.
1.3.3.4.Đặc điểm thành phần hóa học của các khoáng vật quặng
a, Sphalerit
Sphalerit của khu vực Đông Metis, Tây Metis đặc trƣng có hàm lƣợng kẽm cao và khá ổn định, sphalerit của khu vực lò 1B có mức độ ổn định kém hơn, trong khi sphalerit của lò 1A Mỏ Ba và Bắc Lâu có hàm lƣợng kẽm thấp hơn và dao động trong biên độ lớn hơn. Sphalerit của khu vực Đông Metis, lò 1B Mỏ Ba có hàm lƣợng sắt thấp (0,049-0,123%) tại Đông Metis, 1,66% và 0,018-0,104% ở lò 1B Mỏ Ba và ít biến động. Hàm lƣợng sắt của sphalerit lò 1A lớn hơn, biến thiên trong khoảng 0,156-2,96%.
Galenit thuộc các lò khác nhau đặc trƣng bởi hàm lƣợng chì khá đồng nhất, trong đó cao nhất là hàm lƣợng chì trong galenit ở Tây Metis, Đông Metis và Bắc Lâu có hàm lƣợng trung bình, thấp nhất ở Mỏ Ba - Lò 1B. Trong galenit, hàm lƣợng bạc của khu vực Đông Metis và Mỏ Ba - Lò 1A khá cao, lên tới 0,09%. Galenit của khu vực Bắc Lâu có hàm lƣợng bạc thấp hơn, còn galenit của Mỏ Ba - Lò 1B dao động trong khoảng 0-0,07%. Ngoài ra trong galenit ở tất cả các lò khác nhau thuộc khu kẽm chì Làng Hích có hàm lƣợng antimony dao động trong khoảng 0,01-0,5%.
c, Pyrit
Thành phần hóa học đại diện của pyrit là Fe và S tƣơng đồng với pyrite điển hình. Ngoài ra còn có hàm lƣợng Co 0,04%, Ni 0,2%, Cu 0,04%.
1.4. Hiện trạng khai thác tại mỏ kẽm chì Làng Hích 1.4.1. Quy mô khai thác 1.4.1. Quy mô khai thác
Mỏ kẽm chì Làng Hích đƣợc ngƣời Pháp phát hiện và khai thác từ những năm đầu thế kỷ 20 với quy mô khai thác khá lớn. Song đến nay không có tài liệu nào xác nhận khối lƣợng quặng đã bị khai thác ở đây.
Từ năm 1958 đến năm 1962 Đoàn địa chất 5 với sự giúp đỡ của các chuyên gia kỹ thuật Tiệp Khắc đã tiến hành thăm dò toàn vùng mỏ và đã xác định đƣợc trữ lƣợng quặng kẽm chì ở vùng mỏ (gồm 5 khu là: Metis, Mỏ Ba-Bắc Lâu, Sa Lung, Côi Kỳ và Lục Ba) với trữ lƣợng quặng 718.825 tấn quặng kẽm chì sunfua trong cân đối và 83.585 tấn quặng oxit trong cân đối. Tƣơng đƣơng với 82.865 tấn kẽm và 33.170 tấn chì. Ngoài ra còn khoảng 330.000 tấn quặng ngoài cân đối, chủ yếu là quặng sunfua.
Từ năm 1979 Xí nghiệp kẽm chì Làng Hích đƣợc thành lập với mục đích thăm dò, khai thác, chế biến quặng kẽm chì.
Từ cuối năm 1987, dây chuyền công nghệ khai thác, tuyển khoáng quặng kẽm chì sunfua chính thức đi vào hoạt động, với nguồn nguyên liệu ban đầu khai thác tại khu Đông Metis. Song song với việc khai thác quặng sunfua, trong thời gian này Xí nghiệp cũng đã tiến hành khai thác tận thu nguồn quặng oxit tại khu Tây
Metis và khu Sa Lung phục vụ xuất khẩu và cung cấp nguyên liệu cho các lò thiêu bột kẽm của Công ty ở Lƣu Xá, Xí nghiệp luyện kim màu 2.
Vì nhiều lý do khác nhau mà nguyên nhân chính là không có thị trƣờng tiêu thụ, nên mặc dù với năng lực xử lý là 21.000 tấn quặng nguyên khai/năm tƣơng đƣơng 2.790 tấn tinh quặng kẽm và 850 tấn tinh quặng chì/năm. Song chƣa năm nào xí nghiệp đạt công suất 50% công suất thiết kế. Trong những năm 1989, 1990, 1992-1994 Xí nghiệp phải dừng dây chuyền tuyển nổi quặng sunfua.
Từ năm 1995 Công ty có thị trƣờng tiêu thụ tinh quặng kẽm tuyển nổi ổn định. Vì vậy từ tháng 7 năm 1995 Công ty đã lập dự án cải tạo mở rộng Xí nghiệp kẽm chì Làng Hích và đã đƣợc Bộ công nghiệp nặng (nay là Bộ công thƣơng) phê duyệt theo quyết định số 1098/QĐKH ngày 24/10/1995. Trong thời gian chờ đầu tƣ chính thức, Xí nghiệp đã tiến hành sản xuất trở lại với sản lƣợng tinh quặng kẽm năm 1996 là 1.150 tấn và năm 1997 là 900 tấn với nguồn nguyên liệu khai thác tại khu Đông Metis và một phần từ mỏ Chợ Điền. Cũng trong thời gian từ năm 1994 đến 1996 tại các khu mỏ Ba – Bắc Lâu, Sa Lung thuộc quy hoạch nguyên liệu cho mỏ Làng Hích (khi đó chƣa đƣợc giao cho Công ty kim loại màu Thái Nguyên quản lý khai thác) dân khai thác tự do đã đào bới và khai thác tất cả các khối quặng trên mức lò bằng. Theo số liệu điều tra, khảo sát của Công ty vào cuối năm 1996 thì dân khai thác tự do đã lấy đi (hoặc hủy hoại dẫn tới không thể khai thác đƣợc) một trữ lƣợng quặng là: 135.254 tấn quặng tức là hơn 30% trữ lƣợng quặng của toàn mỏ.
Căn cứ vào dự án đầu tƣ đã đƣợc duyệt ngày 09/4/1996, Cục quản lý Tài nguyên khoảng sản Nhà nƣớc đã cấp giấy phép khai thác mỏ và giao cho Công ty kim loại màu Thái Nguyên quản lý toàn bộ tài nguyên quặng kẽm chì ở các khu Metis, Mỏ Ba, Bắc Lâu, Sa Lung.
1.4.2. Công nghệ khai thác và công nghệ chế biến
1.4.2.1. Công nghệ khai thác
Các khai trƣờng của mỏ kẽm chì Làng Hích đều đƣợc khai thác bằng phƣơng pháp hầm lò với các công đoạn công nghệ cơ bản sau:
- Gia công đập quặng trong buồng khai thác.
- Tháo quặng vào sô trục tải và vận chuyển ra đáy giếng - Trục tải quặng ra giếng đứng.
- Rỡ tải miệng giếng đứng vận chuyển ra bãi chứa Sơ tuyển quặng bằng tay.
Sử dụng các thiết bị cơ giới để xúc quặng lên ô tô vận chuyển về xƣởng tuyển
Luận văn Thạc sỹ khoa học Học viên: Phạm Hồng Hạnh
Sơ đồ công nghệ đƣợc thể hiện dƣới hình 1.2
Hình 1.2. Sơ đồ công nghệ khai thác
1.4.2.2. Công nghệ tuyển
Khoan nổ mìn phá quặng
(gương khai thác)
Gia công đập quặng trong buồng khai thác
Tháo quặng vào sô trục tải cos +309, vận chuyển ra đáy G5,
L=70m
Trục tải quặng ra giếng đứng G5, H = 20m
Rỡ tải miệng G5 cos +330 vận chuyển ra bãi chứa , L=250m
Sơ tuyển quặng bằng tay
Quặng xúc lên ô tô chở về xƣởng tuyển
Đá đƣa ra bãi thải
Sàng rung
Bun ke Đập 1
Đập 2 Quặng NK
Tuyển vét Zn2
Hình 1.3. Sơ đồ công nghệ tuyển quặng
Quặng sau khi khai thác đƣợc chở về xƣởng tuyển bằng ôtô tập trung vào sân ga của xƣởng tuyển. Quá trình trung hòa quặng đƣợc xử lý bằng máy xúc lật, kết hợp với công nhân xúc quặng đổ vào sàng song lỗ lƣới 200x200mm. Lƣợng cục
Tuyển vét Pb2 TQ Chì (Pb≥50%) Tuyển chính Zn Tuyển tinh Zn1 Tuyển tinh Zn2 Tuyển vét Zn1 Bể lắng Nƣớc trong Tuyển vét Zn3 Đuôi thải Hồ chứa thải Tuyển tinh Zn3 Bể cô đặc Máy lọc chân không
Tuyển vét Pb3 Tuyển tinh Pb1 Tuyển tinh Pb2 Tuyển vét Pb1 Thùng khuấy Nghiền, PC TQ kẽm Nƣớc tuần hoàn
quặng +200mm trong quặng nguyên khai chiếm tỷ lệ không nhiều (< 5%) đƣợc đập bằng thủ công.
Quặng qua máy đập 1, sản phẩm sau đập 2 đƣa vào máy đập 2 để đập. Sàng kiểm tra của máy đập 2 thiết kế với lỗ lƣới 25mm.
Sản phẩm -25 mm tập trung vào bunke sau đó qua cấp liệu lắc xuống băng tải cấp liệu cho máy nghiền bi 1500x3000.
Khâu nghiền theo sơ đồ vòng kín một giai đoạn kết hợp với máy phân cấp ruột xoắn. Bùn tràn của máy phân cấp ruột xoắn đạt trên 85% cỡ hạt -0,074mm cho vào thùng khuấy để vào vòng tuyển chì. Vòng tuyển chì bao gồm các khâu: 1 khâu tuyển chính, 3 khâu tuyển tinh, 3 khâu tuyển vét. Tinh quặng các khâu tuyển vét, đuôi của các khâu tuyển tinh đƣợc quay lại các khâu kề trƣớc nó. Tinh quặng chì cuối cùng đƣợc tập trung vào bể lắng.
Đuôi quặng cuối cùng của tuyển vét chì đƣợc đƣa vào thùng khuấy 2 để đƣa vào tuyển kẽm. Vòng tuyển kẽm bao gồm: 1 khâu tuyển chính, 3 khâu tuyển tinh, 3 khâu tuyển vét. Tinh quặng của các khâu tuyển vét, đuôi của tuyển tinh kẽm quay lại các khâu trƣớc nó, tinh quặng cuối cùng đƣợc đƣa vào bể cô đặc. Sản phẩm cô đặc đƣợc đƣa vào máy lọc chân không. Tinh quặng máy lọc chân không đƣợc vận chuyển bằng băng tải đi vào hệ thống bun ke chứa và có độ ẩm 10%.
Trên cơ sở nguồn tài nguyên còn lại của mỏ và sản lƣợng khai thác quặng kẽm chì sunfua hàng năm của Xí nghiệp cho xƣởng tuyển nổi với các chỉ tiêu công nghệ tuyển nhƣ sau:
- Hàm lƣợng quặng đầu vào: Pb 2,15 %; Zn 6,0 %, Độ ẩm w 3%. Yêu cầu:
Tinh quặng chì:Pb ≥ 53%; Zn < 7 %;
Thực thu chì: 80%.
Tinh quặng kẽm: Zn ≥ 50%; Pb < 2,5;
Thực thu kẽm: 90%.
1.4.3. Nhu cầu nguyên, nhiên vật liệu sử dụng trong quá trình khai thác và chế biến kẽm chì và chế biến kẽm chì
1.4.3.1. Nhu cầu sử dụng hóa chất
Nhu cầu sử dụng hóa chất của mỏ kẽm chì Làng Hích đƣợc thể hiện dƣới bảng sau:
Bảng 1.6. Nhu cầu sử dụng hóa chất
TT Tên hoá chất Công thức
hoá học ĐVT