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 dị quặng xâm tán. Các dữ liệu đã được thu thập
về thành phần khống 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 hố 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 tốn 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 dịng thải axit mỏ (AMD). Sự tạo thành dịng
thải axit mỏ ln đi kèm với sự phân tán kim loại nặng vào mơi trường.
Từ khóa: Mỏ nickel; Sulfid; Dịng 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

Ơ nhiễm mơi trường đang là vấn đề tồn cầu. Có rất nhiều ngun nhân gây ơ nhiễm mơi
trường, trong đó, ơ nhiễm mơi trường từ hoạt động khoáng sản là vấn đề hết sức nghiêm trọng.
Vấn đề oxy hóa sulfid và hiện tượng tạo dịng thải axit liên quan với nó ln là vấn đề hàng đầu
bởi vì cùng với q trình đó là sự hòa tan và phát tán các kim loại nặng cùng các chất độc hại khác
vào mơi trường. Dịng thải axit mỏ là nguồn gây ô nhiễm môi trường phát sinh từ các bãi thải dạng
đống hoặc các hồ thải trong q trình chế biến quặng. Đó là sản phẩm của sự tương tác tự nhiên
giữa nước, oxy và các khống vật sulfid cịn lại sau tuyển. Do đó, lượng thơng tin chi tiết về thành
phần khống 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 q trình chế biến
khống 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 khống 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,
bảo vệ môi trường và phát triển bền vững

261


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 hố. Do đó, mơ tả thành phần khống
vật và phân tích thành phần hóa học sẽ là những cơng 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 tốn 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 hịa. Mơ tả thành phần khống 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 hịa axit; (3) sự có mặt các
khống vật có thể góp phần tính tốn tiềm năng trung hịa dựa trên điều kiện phịng 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 khống 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 khống 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. Ngồi ra, trong bài báo này chúng tôi sử dụng phương pháp thí nghiệm
và tính tốn độ axit - base để đánh giá tiềm năng phát sinh dòng thải axit mỏ. Để tính tốn khả năng
tạo axit và khả năng phân tán kim loại nặng vào môi trường, chúng tôi tiến hành các thí nghiệm
để tính tốn 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 khống
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 khống vật cacbonat để xác định khả năng
trung hịa 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 tốn 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 dịng 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 mơ phỏng các q trình oxy hóa các khống vật sulfid và tính tốn 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 - Đơng
Bắc và Đơng 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 dịng Sơng Đà, chảy theo phương Tây Bắc - Đơng Nam. Dịng Sơng 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 hố 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 thơ, 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,
bảo vệ môi trường và 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 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 Đơng 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 khống vật quặng chiếm khoảng
5 - 10 %, với thành phần chủ yếu là pentlandit, ít pyrotin, violarit, valerit [5, 6].

Hình 3: Mẫu khống tướng pyrotin (Pyr), Hình 4: Mẫu khống 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 khơng 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 khống vật sulfid [5, 6].
3.4. Nguồn gốc mỏ nickel Bản Phúc
Theo các nhà nghiên cứu và kết quả thăm dị 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
lị. Các hoạt động khai thác sẽ làm phát sinh nước thải hầm lị. Trong thành phần của nước thải
hầm lị có chứa nhiều hóa chất và dịng 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 mơi trường chủ yếu là nước thải hầm lị, 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 cơng suất 200.000 tấn quặng/ năm
có quy trình công nghệ hiện đại theo tiêu chuẩn Australia. Hoạt động tuyển khống sử dụng nhiều
loại hóa chất làm thuốc tuyển và thải ra một lượng lớn quặng đuôi, trong thành phần quặng đi có
chứa nhiều khống 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 q trình tuyển khống, trong thành phần của quặng đi sẽ
vẫn chứa một số khống vật sulfid mà q trình tuyển khơng 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,
bảo vệ môi trường và phát triển bền vững

265


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 đi trong hồ thải của mỏ
nickel Bản Phúc bằng phương pháp rơnghen cho thấy trong thành phần quặng đi vẫn chứ thành
phần các khống vật sulfid.
Bảng 1. Kết quả phân tích thành phần khống vật quặng đuôi trong hồ thải của
mỏ nickel Bản Phúc bằng phương pháp rơnghen
STT
1
2
3
4
5
6
7
8

9
10

Tên các 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
<1
<1

Hình 5: Kết quả phân tích mẫu quặng đi bằng phương pháp nhiễu xạ rơnghen
Để tính tốn khả năng tạo axit, nghiên cứu sinh tiến hành lấy mẫu quặng đuôi tại hồ chứa.
Sau đó, tiến hành các thí nghiệm để tính tốn 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).
266

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


Bảng 2. Tiềm năng tạo axit của quặng đuôi thải
Số hiệu mẫu
QĐBP.01
QĐBP.02
QĐBP.03
QĐBP.04
QĐBP.05
Trung bình

Hàm lượng
lưu huỳnh
(% Sulfua)
1,3
1,4
1,6
1,7
1,2
1,5

NAPP
(kgH2SO4 /t)

Tỷ lệ ANC/

MPA

NAG
(kgH2SO4 /t)

Khả năng tạo axit

34
35
38
39
33
31,8

0,3
0,2
0,3
0,4
0,1
0,26

28
30
33
35
27
32,6

Khả năng cao
Khả năng cao

Khả năng cao
Khả năng cao
Khả năng cao
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 tốn 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 khống vật sulfid để tạo thành dịng thải
axit mỏ có thể kéo dài trong nhiều năm sau khi đóng cửa mỏ. Theo tính tốn, tổng khối lượng quặng
đi 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 đi 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
khống vật Sulfid ở đá thải, bãi chứa, sân cơng nghiệp.
Trong q 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 khống 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 dịng 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 tốn khả năng tạo axit như sau:
Bảng 3. Kết quả xác định tiềm năng tạo axit đá thải
Mẫu quặng lấy
Mẫu lấy tại bãi chứa
Mẫu lấy tại đường dốc tải
quặng

Lưu huỳnh
sulfua (%)

4,1
3,7

NAPP
Tỷ lệ ANC/
NAG
(kg H2SO4 /t)
MPA
(kg H2SO4 /t)
126
0,03
114
122

0,02

103

Tiềm năng
tạo axit
Rất cao
Rất 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.

Kết quả tính tốn 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 dịng thải axit mỏ do q
trình oxy hóa các khống vật sulfid.
3.6.3. Kết quả thí nghiệm về sự tạo thành dòng thải axit mỏ và phân tán kim loại nặng

Để mơ phỏng q trình oxy hóa các khống vật quặng trong mỏ nickel Bản Phúc và sự phát
sinh dòng thải axit mỏ. Chúng tơi tiến hành thí nghiệm để mơ phỏng q trình tạo thành dịng 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 thơng thống có nước mưa chảy tràn. Trong bài báo này chúng tơi 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,
bảo vệ môi trường và phát triển bền vững

267


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 khống vật sulfid diễn ra ngay sau khi
được khai thác và có điều kiện tiếp xúc với khơng 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 ơ 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 đi 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: Mơ hình độ pH trong mơi trường
nước mặt mỏ nickel Bản Phúc

Hình 9: Mơ hình phân tán Ni trong nước mặt
mỏ nickel Bản Phúc

Hình 10: Mơ hình phân tán Fe trong nước
mặt mỏ nickel Bản Phúc

Hình 11: Mơ hình phân tán Cu trong nước
mặt mỏ nickel Bản Phúc

Hình 12: Mơ hình phân tán Cd trong nước
mặt mỏ nickel Bản Phúc

Hình 13: Mơ hình phân tán As trong nước
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 mơi trường đất và nước ngầm.
Các kết quả tính tốn khả năng sinh axit và nghiên cứu bằng mơ hình thí nghiệm đã cho thấy
mỏ nickel Bản Phúc có nhiều khả năng tạo thành dịng 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,
bảo vệ môi trường và phát triển bền vững

269


mơi 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
mơ hình phát tán các kim loại nặng vào mơi trường khu vực có khống 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 khống Đơng Bắc Việt Nam - Đơng 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, cơng 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 dị mỏ Nickel - Bản Phúc. Trung tâm Thơng 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