7.2. CHỈ TIÊU HÀM LƯỢNG THÀNH PHẦN CÓ ÍCH VÀ CÓ HẠI
7.2.1. Hàm lượng công nghiệp tối thiểu (C CN ) của thành phần có ích
Hàm lượng công nghiệp tối thiểu là hàm lượng thành phần có ích (hoặc khoáng vật có ích) trung bình trong khối tính trữ lượng có giá trị nhỏ nhất bảo đảm khai thác có lãi, tức giá trị sản phẩm thu được trong khối đủ để hoàn tất tổng các chi phí thăm dò, khai thác, chế biến, kể cả vốn đầu tư cơ bản, chi phí về môi trường, thuế tài nguyên và thuế môi trường, cùng với lợi nhuận trong quá trình sản xuất.
Đó là chỉ tiêu quan trọng nhất trong số các chỉ tiêu công nghiệp cơ bản là hàm lượng công nghiệp tối thiểu của thành phần có ích trong quặng.
Như vậy, chỉ tiêu hàm lượng công nghiệp tối thiểu phải thoả mãn điều kiện cân bằng giữa giá trị sản phẩm thu được và toàn bộ chi phí cho thăm dò, khai thác, tuyển luyện quặng và được xác định dựa theo phương trình cân bằng sau:
G K
Z =
∑ . 1 (7.1)
Trong đó: G - Giá hàng hóa một tấn sản phẩm;
Kl - Hệ số lợi nhuận cần thiết đối với việc khai thác khoáng sàng;
ΣZ - Giá thành (tổng chi phí) cho một đơn vị sản phẩm (1 tấn sản phẩm) và được xác định theo công thức:
ΣZ = (ZTD + ZKT + ZT + ZMT).q (7.2)
Với q là số lượng quặng cần thiết để thu được 1 tấn sản phẩm. Nếu sản phẩm là tinh quặng thì hệ số q được tính theo công thức sau:
th n q
tq
K K C q C
.
= . (7.3) Trong đó: Ctq - Hàm lượng tổ phần tinh quặng có ích (%);
Cq - Hàm lượng tổ phần có ích trong quặng (%);
Kth - Hệ số thu hồi quặng trong khai thác, tuyển (Kth = KKT.KT).
Với KKT - hệ số thu hồi trong khai thác; KT - hệ số thu hồi trong tuyển.
161 - Kn: Hệ số làm nghèo quặng trong quá trình khai thác và được xác định: Kn = 1-r (r là độ nghèo quặng trong khai thác).
- ZTD, ZKT, ZT, ZMT: lần lượt là chi phí thăm dò, khai thác, tuyển (có thể cả luyện) và chi phí môi trường (kể các các loại thuế định mức khác).
Từ các công thức 7.1, 7.2, 7.3 rút ra hàm lượng công nghiệp tối thiểu (CCN) xác định theo công thức:
th n
tq MT T KT TD
CN GK K
K C Z Z Z C Z
. .
. ).
( + + + 1
= (7.4)
Hiện nay, còn có nhiều quan điểm khác nhau để tính CCN, nên cũng có nhiều công thức tính khác nhau. Trong thực tế, ngoài đối tượng khai thác khoáng sản chính, trong nhiều trường hợp còn có khoáng sản hoặc nguyên tố đi kèm có giá trị cao khác.
Trong công thức xác định hàm lượng công nghiệp tối thiểu do Hội đồng xét duyệt trữ lượng khoáng sản Liên Xô (cũ) đề nghị không sử dụng hệ số tính đến lợi nhuận cần thiết Kl
như trên, khi đó hàm lượng công nghiệp tối thiểu chỉ cần xác định theo hệ số lợi nhuận bằng không, tức K1 = 1; bởi vì, trong thời gian khai thác khoáng sản nền kinh tế quốc dân luôn yêu cầu cần phải tái sản xuất mở rộng và tất nhiên đã mang lại lợi nhuận. Lợi nhuận này thu được ở chỗ hàm lượng trung bình thật trong khối tính trữ lượng luôn lớn hơn hàm lượng công nghiệp tối thiểu.
Các công thức trên chỉ áp dụng đối với khoáng sản kim loại. Đối với khoáng sản phi kim loại, chỉ tiêu hàm lượng công nghiệp tối thiểu được xác định dựa theo tiêu chuẩn quy định cụ thể đối với từng lĩnh vực sử dụng và không đề cập trong giáo trình này.
Từ công thức (7.4) cho thấy vấn đề xác định CCN rất phức tạp. Bởi lẽ, trong đó chứa đựng nhiều thông số không ổn định và quan hệ phụ thuộc lẫn nhau. Chúng phụ thuộc vào tính chất tự nhiên của khoáng sản, hàm lượng thành phần có ích trong quặng, điều kiện thế nằm và đặc điểm cấu trúc bên trong của thân quặng, đặc điểm kỹ thuật khai thác, tuyển, luyện, trang thiết bị, công nghệ và mức độ tổ chức sản xuất, điều kiện kinh tế địa lý, kinh tế xã hội của từng vùng và toàn bộ đất nước và hàng loạt nguyên nhân khác. Đòi hỏi phải có hiểu biết về thăm dò, khai thác, tuyển, luyện và quan trọng là kinh nghiệm thăm dò, khai thác, tuyển khoáng và luyện kim đối với loại hình mỏ được thăm dò. Như vậy, chỉ tiêu hàm lượng công nghiệp tối thiểu liên quan mật thiết với các chi phí trong việc khai thác khoáng sản (quặng).
Các yếu tố chính ảnh hưởng đến giá thành khai thác cần phải đánh giá là:
- Số lượng trữ lượng khoáng sản và quy mô khai thác có thể: Khi tiến hành tính toán kinh tế - kỹ thuật và xác định quy mô khai thác chỉ tính trữ lượng chắc chắn (111), tương đối chắc chắn (121) và trữ lượng tin cậy (122), còn tài nguyên 211, 221, 222, 331, 332, 333 chỉ lưu ý để xác định triển vọng có thể của ngành công nghiệp khai thác.
- Điều kiện thế nằm của các thân khoáng sản, hình dạng, kích thước theo các hướng phát triển trong không gian địa chất, mức độ phá huỷ kiến tạo, độ sâu chôn vùi của thân quặng, khối lượng đất bóc....
- Cấu trúc nội bộ của thân khoáng, số lượng, kích thước các ô cửa sổ không quặng, hoặc quặng không đạt chỉ tiêu công nghiệp, hệ số chứa quặng là những thông số rất quan trọng để lựa chọn phương pháp khai thác, có chọn lựa các khu không quặng hay để lại trong các trụ bảo vệ....
- Điều kiện kỹ thuật khai thác mỏ: độ cứng của quặng (nguyên liệu khoáng) và đá vây quanh, độ ổn định, khả năng trương nở, có ảnh hưởng trực tiếp đến giá thành khai thác....
- Điều kiện địa chất thuỷ văn của mỏ cũng ảnh hưởng lớn đến điều kiện khai thác mỏ.
- Các chi phí về tuyển luyện khoáng sản:
162 + Thành phần hóa học và thành phần khoáng vật của nguyên liệu khoáng. Kích thước độ hạt tinh thể và mối quan hệ giữa chúng với nhau và giữa chúng với khoáng vật phi quặng.
+ Tính chất cơ lý của nguyên liệu khoáng sản: độ rắn, độ gắn kết, độ ẩm, mức độ bở rời và các tính chất khác có ảnh hưởng lớn đến giá thành tuyển luyện.
+ Tính chất kỹ thuật - công nghệ của nguyên liệu khoáng: sơ đồ tuyển luyện hay chế biến nguyên liệu khoáng (làm giàu quặng), hệ số thu hồi thành phần có ích từ quặng và hàm lượng của chúng trong tinh quặng, công nghệ tuyển, lượng tiêu hao năng lượng, hóa phẩm….
+ Sự có mặt các thành phần có ích đi kèm, khả năng sử dụng trong công nghiệp, hệ số thu hồi, khả năng sử dụng đuôi quặng....
+ Sự có mặt các tạp chất có hại và phương pháp khử chúng.
- Chi phí vận chuyển phụ thuộc vào:
+ Cự ly vận chuyển từ nơi khai thác đến nơi tuyển và phương tiện vận chuyển.
+ Cự ly vận chuyển từ nơi tuyển đến nơi luyện hay đến người tiêu thụ.
+ Điều kiện giao thông, đặc điểm khí hậu, khả năng vận chuyển trong năm.
- Chi phí môi trường bao gồm:
+ Chi phí xây dựng và vận hành các công trình xử lý môi trường trong quá trình khai thác mỏ (khu vực khai thác, cung đường vận chuyển nội bộ, khu vực chế tuyển quặng …).
+ Chi phí cải tạo và phục hồi môi trường sau khi kết thúc khai thác.
+ Thuế môi trường theo quy định của luật pháp. Hiện nay, ở nước ta ngoài thuế môi trường còn có thuế tài nguyên; vì vậy trong tính toán cần bổ sung thêm chi phí tài nguyên.
Phân tích tất cả các loại chi phí trên cho thấy, để xác định hàm lượng công nghiệp tối thiểu thành phần có ích trong quặng phải tính hết tất cả các yếu tố nêu trên. Các yếu tố chính ảnh hưởng đến việc xác định đúng đắn hàm lượng công nghiệp tối thiểu đều có thể xác định được trong quá trình thăm dò và nghiên cứu mỏ. Vì vậy, khi xác định chỉ tiêu công nghiệp phải bảo đảm thu thập đầy đủ các số liệu về mỏ.
a. Xác định hàm lượng công nghiệp trong trường hợp trong quặng ngoài thành phần chính còn có thành phần có ích đi kèm
Công thức nêu trên là công thức chung xác định hàm lượng công nghiệp tối thiểu trong thăm dò, đánh giá trữ lượng và khi khai thác một loại khoáng sản. Ví dụ: trong khai thác quặng đồng mỏ đồng Sin Quyền, đối tượng chính là đồng; ngoài ra, còn thu hồi vàng, sắt (manhetit). Như vậy, trong từng trường hợp cụ thể có thể kết hợp khai thác lấy những khoáng sản phụ đi kèm, là nguyên tố thứ yếu đi kèm nguyên tố chính nhưng có giá trị kinh tế cao, có thể lấy từ đuôi quặng sau khi tuyển quặng chính, có thể khoáng sản phụ lấy ở lớp đất đá phủ trong khai thác phải loại đem ra bãi thải.
Đứng trên quan điểm sử dụng tổng hợp và triệt để tài nguyên khoáng sản, thì xu hướng cơ bản hiện nay là hoàn thiện phương pháp xác định chỉ tiêu hàm lượng công nghiệp tối thiểu nhằm bảo đảm nguyên tắc nghiên cứu toàn diện và sử dụng triệt để, tổ hợp khoáng sản trong khu vực thăm dò. Để thực hiện nguyên tắc chuyển đổi này, E.O.Pogrebitski, 1974 [8] đề nghị sử dụng công thức chuyển đổi ký hiệu Kcđ và tính theo công thức:
tP thC C
tC thP P
C K G
C K Kcđ G
. .
.
= . (7.5)
Trong đó: GP - Giá trị hàng hóa tinh quặng của nguyên tố phụ đi kèm;
GC - Giá trị hàng hóa tinh quặng của nguyên tố chính;
KthP - Hệ số thu hồi thành phần phụ đi kèm;
KthC - Hệ số thu hồi nguyên tố chính;
CtC - Hàm lượng của nguyên tố chính trong tinh quặng;
CtP - Hàm lượng nguyên tố phụ trong tinh quặng.
163 Trong trường hợp trên, hàm lượng công nghiệp tối thiểu của thành phần chính được tính theo nguyên tắc đương lượng (hay nguyên tắc tương đương), tức hàm lượng thành phần chính được giảm đi một lượng tương đương với giá trị của thành phần phụ có ích khai thác kèm.
Ví dụ 1: Trong quặng sắt, thành phần có ích chính là Fe, thành phần có ích đi kèm có apatit và zircon. Khoáng sản được khai thác bằng phương pháp lộ thiên, làm giàu bằng phương pháp đập nhỏ, tuyển bằng phương pháp từ lấy manhetit (Fe3O4), tuyển lấy apatit, tiếp sau tuyển trọng lực lấy zircon. Giá thành khai thác một tấn quặng là 1,97 rúp. Giá thành thăm dò 0,01 rúp/tấn quặng (theo đơn giá năm 1973 của Liên Xô cũ). Hệ số lợi nhuận yêu cầu hàng năm 1,2. Hàm lượng các thành phần trung bình ở 3 khối tính trữ lượng thể hiện ở bảng 7.1.
Bảng 7.1. Bảng các đặc trưng về thành phần cơ bản trong các khối tính trữ lượng quặng sắt
Khối đánh giá Hàm lượng của thành phần (%)
Fe3O4 P2O5 ZrO2
I II II
28 18 12
5 2 11
0,14 0,12 0,18
Hệ số nghèo quặng Kn = 1,0 tấn. Độ thu hồi trong tuyển đối với từng loại như sau: thu hồi sắt 90%, apatit 70%, zircon 50%.
Chất lượng tinh quặng: CFe = 64%, CP2O5 = 36%, CZrO2 = 92%.
Giá hàng hóa của tinh quặng: Fe3O4 là 10,08 rúp; P2O5 là 13,54 rúp và ZrO2 là 643 rúp.
Giá làm giàu 1 tấn quặng: 1,47 rúp.
Yêu cầu tính hàm lượng công nghiệp tối thiểu của Fe trong các trường hợp sau:
- Chỉ thu hồi tinh quặng sắt;
- Thu hồi Fe và các thành phần có ích đi kèm.
Lời giải:
- Theo tài liệu đã cho, hàm lượng công nghiệp tối thiểu tính riêng cho thành phần chính (Fe %) của quặng sắt như sau:
( )
CN
(1, 97 1, 47 0, 01).1, 2.0, 64 0, 287 28, 7%
10, 08.
F 0, 9
C e + +
= = =
Với hàm lượng công nghiệp tối thiểu là 28,7% Fe thì cả 3 khối tính trữ lượng đều không đạt yêu cầu, tức không thể đưa vào thiết kế khai thác.
- Trường hợp có thu hồi thành phần có ích: do trong quặng ngoài sắt, còn chứa các thành phần có ích đi kèm là apatit và zircon. Nếu khai thác thu hồi các thành phần đi kèm thì hàm lượng của Fe có thể thấp hơn, nhưng khai thác vẫn có lãi. Như vậy, ta phải quy đổi giá trị của apatit, zircon thu nhận được trong khai thác kèm theo dưới dạng đương lượng theo hàm lượng của Fe để đánh giá giá trị công nghiệp của các khối tính trữ lượng.
Hệ số chuyển đổi (Kcđ) đối với thành phần đi kèm theo công thức 7.5 như sau:
- Đối với apatit: Kcđ (P2O5) = 1,8 36 , 0 . 9 , 0 . 08 , 10
64 , 0 . 7 , 0 . 54 ,
13 =
- Đối với zircon: Kcđ (ZrO2) = 25 92 , 0 . 9 , 0 . 08 , 10
64 , 0 . 5 , 0 .
643 =
Khi đó hàm lượng trung bình cho từng khối có tính đến hệ số chuyển đổi tính cho từng khối tính trữ lượng như sau:
164 + Khối I: 28% + 5.1,8% + 0,14.25% = 40,5% (Fe)
+ Khối II: 18% + 2.1,8% + 0,12.25% = 24,6% (Fe) + Khối III: 12% + 11.1,8% + 0,18.25% = 36,8 (Fe)
Như vậy, nếu chỉ tính thành phần chính là Fe thì cả ba khối đánh giá đều không đạt chỉ tiêu công nghiệp. Nếu tính đến trong quá trình khai thác quặng sắt có thu hồi khoáng sản có ích đi kèm là apatit và zircon, các khối tính trữ lượng I và III đều đạt giá trị công nghiệp.
Ví dụ trên chưa đề cập chi phí về môi trường và các loại thuế tài nguyên và thuế môi trường.
Ví dụ 2: Trong quặng sa khoáng ilmenit ven biển, thành phần chính là ilmenit, thành phần có ích đi kèm có zircon và monazit. Khoáng sản được khai thác phương pháp khai thác lộ thiên bằng vít xoắn, làm giàu bằng phương pháp tuyển từ lấy ilmenit, tiếp sau tuyển trọng lực lấy zircon và monazit. Giá thành khai thác một tấn quặng là 100 ngàn đồng; giá thành thăm dò 2000 đồng (theo đơn giá năm 2009). Chi phí môi trường và các loại thuế là 2000 đồng/tấn quặng. Hệ số lợi nhuận yêu cầu hàng năm 1,15. Hàm lượng các thành phần có ích cơ bản ở 3 khối thể hiện ở bảng 7.2.
Bảng 7.2. Bảng các đặc trưng về chất lượng trong các khối tính trữ lượng quặng ilmenit
Khối đánh giá Hàm lượng của thành phần %
TiO2 Monazit ZrO2
1 2 3
1,15 1,85 1,74
0,95 0,75 0,80
0,21 0,20 0,23
Độ thu hồi trong tuyển đối với từng loại như sau: thu hồi ilmenit 85%, monazit 75%, zircon 80%.
Chất lượng tinh quặng CIl = 52% , CMon = 57% , CZrO2 = 45%.
Giá hàng hóa của 1 tấn tinh quặng: Ilmenit: 8.440 ngàn đồng; monazit là 10.300 ngàn đồng và ZrO2: 32.000 ngàn đồng.
Giá làm giàu 1 tấn quặng: 250 ngàn đồng.
Theo tài liệu đã cho hàm lượng công nghiệp tối thiểu tính riêng cho thành phần chính của quặng ilmenit như sau:
CN( )
(2000 100000 250000 2000).1,15.0,52
2,95%
8440000.0,85
C Il + + +
=
=
Với hàm lượng công nghiệp tối thiểu là 2,95% thì cả 3 khối đánh giá đều không đạt yêu cầu, tức không thể đưa vào thiết kế khai thác. Song do trong quặng còn chứa các thành phần có ích đi kèm có giá trị kinh tế cao. Nên cần quy đổi giá trị monazit, zircon thu nhận được trong khai thác theo đương lượng hàm lượng của ilmenit để đánh giá giá trị công nghiệp của các khối tính trữ lượng.
Nếu tính đến thành phần đi kèm, hệ số chuyển đổi (Kcđ) đối với thành phần đi kèm như sau:
- Đối vơi monazit : Kcđ(Mon) = 0,98 57
, 0 . 85 , 0 . 8440
52 , 0 . 75 , 0 . 10300
= - Đối với zircon: Kcđ (ZrO2) = 4,12
45 , 0 . 85 , 0 . 8440
52 , 0 . 8 , 0 . 32000
=
Khi đó hàm lượng trung bình cho từng khối có tính đến hệ số chuyển đổi tính cho từng khối tính trữ lượng như sau:
+ Khối 1: 1,15 + 0,95.0,98 + 0,21.4,12 = 2,95%
165 + Khối 2: 1,85 + 0,75.0,98 + 0,20.4,12 = 3,41%
+ Khối 3: 1,74 + 0,80.0,98 + 0,23.4,12 = 3,47%
Như vậy, nếu tính đến trong quá trình khai thác quặng ilmenit có thu hồi khoáng sản có ích đi kèm là monazit và zircon, thì cả 3 khối tính trữ lượng đều đạt giá trị công nghiệp, tức cả ba khối đều có thể đưa vào thiết kế khai thác.
Trong thực tế thăm dò và đánh giá tài nguyên khoáng sản, người ta nhận thấy phương pháp trên chỉ đúng trong các trường hợp sau:
- Hàm lượng thành phần phụ phân bố đồng đều và không có khả năng phân chia thân quặng thành những khối có loại hình quặng để khai thác riêng cho từng loại.
- Lưu trình tuyển thống nhất để nhận được những loại tinh quặng riêng.
- Có đủ cứ liệu khẳng định rằng việc khai thác chúng và tuyển trong một lưu trình thống nhất là hợp lý kinh tế và sử dụng triệt để tài nguyên khoáng sản.
Công thức tổng quát xác định hàm lượng công nghiệp tối thiểu trong trường hợp có thể thu hồi thành phần có ích đi kèm xác định theo công thức:
CCN.(1- 0,01.G b).Kcđ.Kthc.
tq
G Z
C = (7.6)
Nếu tính đến hệ số lợi nhuận cần thiết thêm Kl vào vế phải của phương trình (7.6). Từ công thức 7.6 tính hàm lượng công nghiệp tối thiểu:
tq
1
b c th
CN
c đ
= Z.C
G(1- 0,01G ) .K
C .K K.
∑ (7.7)
Trong đó: G, ΣZ, Ctq, K1, Kcđ, Kthc đã giải thích ở trên;
Gb - Giá bán hợp phần có ích đi kèm (hợp phần được tính chuyển đổi).
b. Xác định hàm lượng công nghiệp tối thiểu trong trường hợp các đá phủ trên quặng được sử dụng một phần cho công nghiệp
Trong khai thác lộ thiên các mỏ khoáng sản, các lớp phủ trên quặng thường là đá vôi, cát kết, bột kết, sét kết... có thể sử dụng làm đá xây dựng thông thường hoặc làm vật liệu cho sản xuất xi măng.
Trong khai thác, nếu tận dụng đất đá phủ, thì lợi nhuận trong khai thác vẫn đảm bảo khi hạ thấp giá trị hàm lượng công nghiệp tối thiểu của thành phần chính. E.O. Pogrebitski, 1974 [8] đề nghị xác định hệ số chuyển đổi theo công thức:
tq p đp th p sd
hc đ
t đ c p
=G K K K C. K G
K
. . .
. (7.8)
Trong đó: Gđp - Giá trị hàng hóa 1 tấn đất phủ;
Gc - Giá trị hàng hóa 1 tấn tinh quặng của thành phần chính;
Kđp - Hệ số bốc đất đá trong khai thác lộ thiên;
Ksd - Hệ số sử dụng đất đá phủ trong công nghiệp;
Kthđp - Hệ số thu hồi đất phủ;
Kthc - Hệ số thu hồi quặng trong tuyển;
Ctq - Hàm lượng thành phần chính trong tinh quặng.
Ví dụ 3: Khi khai thác khoáng sản sắt bằng phương pháp lộ thiên nếu không lấy đất phủ để làm vật liệu xây dựng (lớp phủ là quăczit); trong trường hợp đó, để khai thác đảm bảo có lãi cần khoanh thân quặng công nghiệp với hàm lượng công nghiệp tối thiểu là: 28,7%Fe.
Song, do có sử dụng 1 phần đá quăczit làm vật liệu xây dựng, nên có thể giảm hàm lượng công nghiệp tối thiểu xuống một lượng tương đương với giá trị hàng hóa của phần đá quăczit được sử dụng và đem lại lợi nhuận cho xí nghiệp.