TT Thông số Ký hiệu ĐV Giá trị
1 Chiều cao tầng khai thác: trong đá / trong quặng h m 510/5 2 Chiều cao tầng kết thúc khai thác Hkt m 10 3 Chiều rộng mặt tầng công tác tối thiểu Bmin m 25 4 Chiều rộng mặt tầng kết thúc KT bkt m 35 5 Góc nghiêng sƣờn tầng khai thác độ 20; 4865 6 Góc nghiêng sƣờn tầng kết thúc KT kt độ 4570
7 Góc nghiêng bờ cơng tác ct độ 3740
8 Góc nghiêng bờ mỏ kt độ 3040
9 Chiều rộng dải khấu A m 1520
10 Chiều dài tuyến công tác Lkt m 3050
1.3.3. Phương pháp tuyển luyện
Quặng nguyên khai đất hiếm sau khi khai thác đƣợc đƣa về nhà máy tuyển, sử dụng cơng nghệ tuyển có sơ đồ cơng nghệ bao gồm ba khâu chính: Gia cơng phân cấp quặng; tuyển trọng lực kết hợp tuyển từ, tuyển nổi. Sơ đồ công nghệ cấp hạt -2+0,04 mm là phù hợp kết hợp với sơ đồ tuyển cấp - 0,04mm cho mẫu tuyển nhằm cân đối giữa các chỉ tiêu tuyển nhƣ hàm lƣợng TR2O3 và thực thu tránh lãng phí tài nguyên.
Theo các nghiên cứu của Viện Công nghệ tài nguyên Helmholtz Freiberg (Đức) và Việc công nghệ xạ hiếm (Viện hàn lâm khoa học Việt Nam) thì có thể lựa chọn các Qui trình cơng nghệ tuyển quặng monazite có chiết tách U, Th bằng acid, bằng kiềm ăn da, bằng solvent để thực hiện tuyển luyện và chiết tách U, Th từ quặng monazite đất hiếm của mỏ Bắc Nậm Xe.
CHƢƠNG 2: CÁC TÁC ĐỘNG MÔI TRƢỜNG TRONG HOẠT ĐỘNG KHAI THÁC, CHẾ BIẾN MỎ ĐẤT HIẾM BẮC NẬM XE
2.1. Đặc điểm khống sản liên quan đến phóng xạ đất hiếm mỏ Bắc Nậm Xe
2.1.1. Khái quát về thành phần vật chất trong khoáng sản đất hiếm mỏ Bắc Nậm Xe
Các kết quả nghiên cứu của Viện Công nghệ tài nguyên Helmholtz Freiberg cho thấy, bằng cách phân tích giải phóng khống sản của hạt kết tụ, có thể suy ra tỷ lệ % khối lƣợng của khoáng vật dựa trên sự hiện diện theo vùng từ hình ảnh 2D và mật độ của chúng.
Nhƣ đã nêu ở trên, thông tin về hạt kết tụ thu đƣợc từ việc phân tích bảy cấp hạt đƣợc kết hợp lại để tạo ra một mẫu duy nhất mới đƣợc coi nhƣ một mẫu vật liệu rời duy nhất đại diện cho khoáng sàng Bắc Nậm Xe. Đối với khoáng chất chứa đất hiếm, 7 pha khoáng đã đƣợc xác định. Pha nhóm các khống vật đất hiếm khác nhƣ allanit, apatit, samarskite, gadolinit, plumbogime, plumbopyrochlore và gerasimovskite gọi là nhóm khống sản chứa đất hiếm khác.
Khoáng sản mang đất hiếm (thân quặng) chiếm khoảng 5% trọng lƣợng so với xấp xỉ 95% khối lƣợng đất đá bao quanh. Khoáng chất đất hiếm phổ biến nhất là monazite (~ 2%), sau đó là pha khống Ce-Carbonate (~ 1.2wt.%) và bastnaesite (~ 0.9% trọng lƣợng). Đất đá bao quanh thân quặng là pha kết tụ (~ 58% trọng lƣợng) và silicat (~ 10% trọng lƣợng), tiếp theo là các oxit sắt và pha Bar-Cel. Cần phải nhấn mạnh sự có mặt của goethite và kaolinite thấp do mức độ phong hố của quặng Bắc Nậm Xe (xem Hình 2.1).
Hình 2.1: Thuộc tính khống vật của mẫu quặng Bắc Nậm Xe
Nhƣ đã trình bày ở trên, pha kết tụ có các đặc tính tƣơng tự trong phổ của nó so với phổ của goethit và kaolinit; Pha kết tụ cũng đƣợc thừa nhận rằng nó chứa hầu hết các hạt có kích thƣớc dƣới 10μm, điều này làm cho việc xác định pha kết tụ với MLA là một nhiệm vụ đầy thách thức. Dựa trên giả định rằng pha kết tụ gồm có goethit và kaolinite, phƣơng pháp phân tích hình ảnh đƣợc sử dụng để đánh giá hàm lƣợng kaolinit và goethit trong pha kết tụ.
Phần mềm Image J đã đƣợc sử dụng cho ƣớc tính sơ bộ này. Trƣớc hết, 8 hạt kết tụ đƣợc làm hoàn toàn từ mỗi cấp hạt (tổng số 7 cấp hạt) đã chọn , cho tổng số 56 hạt để phân tích. Sự phân bố màu xám của hình ảnh BSE cho mỗi hạt đƣợc đánh giá bằng các biểu đồ đƣợc cung cấp bởi phần mềm. Từ các giá trị trong biểu đồ cho thấy giá trị đạt đƣợc cho mỗi điểm ảnh của hình ảnh trong một thang điểm, trong đó giá trị điểm ảnh là "0" sẽ màu đen và "255" là trắng: ngƣỡng nền đề cập đến khoảng trống và không gian trống đƣợc chỉ định giá trị 0-25, đối với kaolinite là 25-50 và đối với geothite là > 50 (xem tại Hình 2.2).
Một khi các ngƣỡng đƣợc xác định và phân loại pixel khác nhau thì có thể thực hiện phép tính pixel để đánh giá số pixel tƣơng ứng với kaolinite và
28
goethite. Sau khi thực hiện tƣơng tự cho 56 hạt, kết quả đƣợc tính trung bình là: 91,71% điểm ảnh tƣơng ứng với kaolinite, trong khi 8,29% điểm ảnh tƣơng ứng với goethite.
A. Cardenas. Process Mineralogy of ores and processed materials from the Nam Xe REE – deposit (Vietnam) 25 As described earlier, the agglomerate phase showed similar features in its spectrum compared to the spectrums of goethite and kaolinite; it was also acknowledged that most particles have a size below 10µm, making of its identification with the MLA a challenging task. Based on the assumption that the agglomerate phase is composed of fine grained goethite and kaolinite, an image analysis approach was used in an attempt for evaluating the content of kaolinite and goethite in the agglomerate phase.
Figure 14. Image Analysis process for quantifying Goethite and Kaolinite
The software Image J was used for this rough estimation; firstly, 8 particles composed entirely of agglomerate were selected from each size fraction for a total of 56 particles analyzed. The grayscale color distribution from the BSE images for each of the particles was evaluated with the histograms provided by the software, and from these histograms thresholds were created, based on the value attained to every pixel of the image in a scale where “0” would be black and “255” would be white: the background threshold which refers to voids and empty spaces was assigned a value of 0-25, for kaolinite 25-50 and for goethite >50 (Figure 14).
Once the thresholds were defined and the different pixel are categorized then it was possible to perform pixel counting to evaluate the number of pixels corresponding to kaolinite and goethite respectively. After doing the same procedure for the 56 particles, the results were averaged: 91.71% of pixels corresponded to kaolinite whereas 8.29% of pixels corresponded to goethite.
Hence, the agglomerate mineral phase could be split into kaolinite and goethite and the modal mineralogy recalculated. The main gangue minerals now correspond to kaolinite (~54wt.%), goethite (~12wt.%) and silicates (~10wt.%) (Figure 15).
Hình 2.2: Phân tích ảnh đánh giá khống vật geothite và kaolinite
Do vậy, pha khoáng chất kết tụ có thể đƣợc chia thành kaolinite và goethite và tính tốn lại dạng khống vật. Các khống chất trong đất đá bao quanh đƣợc tính tốn tƣơng ứng với kaolinite là khoảng 54%, goethite là khoảng 12% và silicat là khoảng 10% theo khối lƣợng (xem tại Hình 2.3).
Hình 2.3: Tỷ lệ khối lượng các dạng khoáng vật ở mỏ Bắc Nậm Xe sau khi phân tích mẫu tổng bằng phương pháp ảnh
Từ phân tích MLA, bảy pha khống đƣợc nhóm lại và đƣợc xác định là có chứa REE; Các khoáng vật carbonat chứa đất hiếm là bastnaesite, parisite và synchysite chiếm 1,17% khối lƣợng quặng so với 2,01% lƣợng khoáng vật monazite là khoáng vật chứa đất hiếm lớn nhất tại mỏ Bắc Nậm Xe (xem tại Bảng 2.1).
Bảng 2.1: Hàm lượng phần trăm đất hiếm trong khoáng vật mỏ Bắc Nậm Xe (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
TT Tên khoáng vật Hàm lượng % tuyệt đối theo khối lượng
Hàm lượng % tương đối theo khối lượng
1 Monazite 2,01 37,92 2 Ce-Carbonate 1,22 23,02 3 Bastnaesite 0,88 16,6 4 REE-Unk 0,49 9,25 5 Parisite 0,18 3,40 6 Synchysite 0,11 2,08 7 OREM 0,41 7,74 Tổng cộng 5,3 100,00
Fong-Sam (2013) và Trần et al. (2016) đã đề cập đến hàn lƣợng khối lƣợng REO trung bình là 4-5% ở mỏ Bắc Nậm Xe. Kết quả phân tích, tính tốn tại Viện HIF từ các phƣơng pháp phân tích XRF phù hợp với những gì đã đƣợc nghiên cứu trƣớc đây. Tuy nhiên, các số liệu không nghiên cứu từ dữ liệu xử lý MLA (xem tại Bảng 2.2).
Bảng 2.2: So sánh thành phần oxit đất hiếm trong khoáng vật đất hiếm Bắc Nậm Xe từ các phương pháp phân tích MLA, Viện HIF và ALS
TT Oxit đất hiếm Tỷ lệ % khối lượng theo các phương pháp
MLA HIF ALS
1 CeO2 1,66 2,67 2,40
2 La2O3 0,90 1,42 1,35
3 Nd2O3 0,41 0,71 0,66
REO 2,97 4,80 4,40
Rõ ràng là tất cả các nghiên cứu phân tích khống vật đất hiếm ở mỏ Nậm Xe đã cho thấy kết quả hàm lƣợng các nguyên tố đất hiếm thu đƣợc chịu ảnh hƣởng của các phƣơng pháp phân tích và tính tốn. Cũng cần phải thấy rằng, các kết quả phân tích từ XRF cho kết quả từ các cấp hạt bị ảnh hƣởng bởi yếu tố kết tụ và khống vật mang đất hiếm có thể đã phân bố sai dẫn đến làm giàu hơn hoặc ít đi so với thực tế.
Nhƣ đã trình bày ở trên, tám khống chất góp phần vào sự hiện diện các nguyên tố hiếm; Từ nhóm khống vật mang đất hiếm khó có thể xác định đƣợc hai pha khoáng (Ce-Carbonate và REM-Unk) bằng MLA hay XRD do hàm lƣợng thấp trong các mẫu phân tích (xem tại Bảng 2.3). Cả hai khống vật có đóng góp quan trọng vào sự hiện diện của REE trong trƣờng hợp Ce- cacbonat đối với Cerium và REM-Unk đối với Lanthanum và Neodymium.
Bảng 2.3: Tỷ lệ % khối lượng các nguyên tố đối với 2 khống sản đất hiếm khơng xác định được % Ng.tố Ce La Nd Al Ba C Fe Mn O P Pb Si Ce- Carbonate 27,8 0,0 0,0 3,4 0,0 7,4 5,9 28,4 20,2 0,5 4,8 1,5 REE-Unk 5,0 9,7 6,5 12,8 5,2 0,0 1,1 0,0 33,1 9,6 16,2 0,7 Từ các phổ thu đƣợc trong phân tích SEM, các nguyên tố thành phần thu đƣợc cho thấy REE trong monazit có tỷ trọng cao nhất, đặc biệt là lanthanum và neodymium, chiếm khoảng 61 và 52% tƣơng ứng. Các nguồn quan trọng khác là Cerium, bastnaesite và Ce-cacbonat cùng với monazit tạo thành. Khoáng chất nhƣ synchysite và parisite góp một phần nhỏ vào REE (xem tại Hình 2.4).
Hình 2.4: Sự phân bố các nguyên tố đất hiếm mỏ Bắc Nậm Xe chủ yếu là Ce, La và Nd trong khoáng vật monazit
Phân tích nhiễu xạ laser cho thấy các cấp hạt tạo thành bởi một lƣợng lớn vật liệu dƣới mỗi cấp hạt tƣơng ứng với sự kết tụ của geothite và kaolinite. Qua việc sử dụng các kỹ thuật phân tích hình ảnh có thể xác định lƣợng kaolinite và goethite phân bổ cho các kết tụ.
Bởi sự hình thành các kết tụ có tính chất kế tiếp trong vật liệu và đã đƣợc điều chỉnh bằng cách thực hiện sàng sàng ƣớt để phân loại các tụ kết, không thể dựa vào dữ liệu liên quan đến tổ chức khống vật hoặc giải phóng
khoáng vật. Sự kết tụ ngăn cản việc đánh giá xem các hạt xuất hiện nhƣ thế nào sau khi sàng bởi sự tập hợp các hạt và các vật chất khác có thể khơng đƣợc liên kết trƣớc khi dịch chuyển giữa các cấp hạt mịn hơn và hạt thô.
Các tụ kết có xu hƣớng kèm theo các hạt mịn và hạt thơ, do đó làm giảm mức độ giải phóng và thay đổi các liên kết trong khoáng chất trƣớc khi rây ƣớt, dẫn đến kết quả là các liên kết khống chất hiện tại khơng bền. Với sự phân bố kích thƣớc hạt ban đầu từ vật liệu hạt thô, khả năng đánh giá liên kết khoáng vật và mức độ giải phóng từ một mẫu khoáng vật đại diện duy nhất, nếu tồn tại, sẽ dẫn đến sai sót và thơng tin sai lệch.
Nếu khơng xem xét các pha khống kết tụ, oxit sắt và kaolinit, các liên kết khống vật chính của monazit sẽ tƣơng ứng với Ce-Carbonate, bastnaesite, barite-celestine và gorceixite. Cần phải khẳng định rằng bề mặt tự do của hầu hết các khoáng chất mang đất hiếm là một mối liên kết lớn có thể chỉ ra trạng thái phong hố cao của khống vật (xem tại Hình 2.5).
A. Cardenas. Process Mineralogy of ores and processed materials from the Nam Xe REE – deposit (Vietnam) 28 The agglomerates tended to enclose other grain and particles therefore reducing the degree of liberation and modifying minerals associations states that prevailed before the wet sieving and consequently the current mineral associations are no longer valid. Given the initial particle size distribution from the material which also contains coarse and granulates size grains, the possibility of evaluating mineral association and liberation degree from one single representative sample, if existed, would lead to errors and biased information.
If not considering the mineral phases agglomerate, iron oxides and kaolinite, the main mineral associations for monazite would correspond to Ce-Carbonate, bastnaesite, barite-celestine and gorceixite. It must be stated that free surface for most of the rare earth bearing minerals constitute a major association probably indicating the high weathering state of the material which facilitated exposure (Figure 17).
Figure 17. Mineral Associations for the Rare Earth Bearing Minerals in the Nam Xe North sample indicating a major portion of free surface for the rare earth mineral despite the agglomeration influence
Although by creating the combined sample from the available size fractions data sets it was possible to approach certain evaluations as a bulk sample, it is necessary to perform a new sieving that considers the agglomeration challenge and provides trustable and reliable data for assessing association and liberation.
A grain size distribution for the rare earth bearing minerals could be obtained from the combined sample (Figure 18 and Figure 19). For REM-Unk, parisite, synchysite and OREM, an important majority of their grains (around 70-80%) have sizes below 10µm whereas for monazite which constitutes the main target mineral, the amount of grains below 10µm is around 45% whereas for bastnaesite is 30%.
Howbeit, the grain size distribution information must be carefully evaluated as there is no association and liberation information available that can be trusted and group to the grain size
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 Monazite-(Ce) Ce-Carbonate Bastnaesite REM-Unk Parisite Synchysite OREM Mineral association (%)
Monazite-(Ce) Ce-Carbonate Bastnaesite REM-Unk Synchysite
OREM Parisite Bar-Cel Calcite Gorceixite
Silicates Biotite Ti-Group Gibbsite Free Surface (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Hình 2.5: Liên kết khống chất chứa đất hiếm ở mỏ Bắc Nậm Xe cho thấy sự phân chia chính của mặt tự do giữa khoáng đất hiếm và kết tụ
Mặc dù bằng cách tạo ra mẫu tổng hợp từ các cấp hạt đã có, vẫn có thể tiếp cận các đánh giá chắc chắn nhƣ một mẫu lớn, cần phải tiến hành rây mới để nghiên cứu những thách thức của sự kết tụ khoáng và cung cấp các dữ liệu thực tế và tin cậy trong đánh giá các liên kết và giải phóng khống vật.
Sự phân bố kích thƣớc hạt trong các khống chất mang đất hiếm có thể thu đƣợc từ mẫu tổng hợp (xem tại Hình 2.6 và Hình 2.7). Đối với REM- Unk, parisite, synchysite và OREM có phần lớn các hạt ( chiếm khoảng 70- 80%) có kích cỡ dƣới 10μm, trong khi đó, monazite tạo thành khống chất chính, có cỡ hạt nhỏ dƣới 10μm chiếm tỷ lệ khoảng 45%, c n đối với Bastnaesite chiếm tỷ lệ là 30%.
Hình 2.7: Sự phân bố cỡ hạt bastnaesite, parisite, synchysite và OREM
Tuy nhiên, thông tin phân bố kích cỡ hạt phải đƣợc đánh giá cẩn thận vì ở đây khơng có thơng tin liên kết và giải phóng – mà những thơng tin này có thể tin cậy đƣợc - và nhóm đến cỡ hạt cho các khoáng vật mang đất hiếm. Do mức độ phong hố của vật liệu có nhiều khả năng tăng tỷ lệ các hạt mịn có trong quặng nên việc phân chia kích thƣớc hạt thơ cho các khống chất mang đất hiếm phải đƣợc xem xét khi giải quyết các thử nghiệm tuyển quặng và tính tốn kinh tế.
2.1.2. Hàm lượng các nguyên tố Urani, Thori trong khoáng sản đất hiếm Bắc Nậm Xe
Các kết quả nghiên cứu địa chất thăm d cho thấy, mỏ đất hiếm Bắc Nậm Xe là mỏ có cấu trúc địa chất phức tạp, thành phần vật chất đa dạng ngồi đất hiếm cịn có uran, thori, niobi.. là những ngun tố có ích cộng sinh chặt chẽ với đất hiếm.
Quặng đất hiếm phong hóa ở mỏ đất hiếm Bắc Nậm Xe thƣờng bở rời, có màu xám vàng, xám đen, vàng, dạng bột đất. Các khống vật đã bị phong hóa vỡ vụn, ít nhiều đã bị biến đổi, hơn nữa chúng lại bị trộn lẫn trong hỗn hợp của sét và các khoáng vật vỡ vụn khác.
Hàm lƣợng các hợp phần có ích trong quặng đất hiếm ở mỏ Bắc Nậm Xe theo kết quả phân tích hố đƣợc tổng hợp ở Bảng 2.4.
Bảng 2.4: Hàm lượng các hợp phần có ích quặng đất hiếm mỏ Bắc