Nghiên cứu phương pháp tách và làm giàu chromite trong mẫu khoáng sét Cổ Định, Thanh Hóa.PDF

ĐẠI HỌC QƯÓC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC T ự NHIÊN
• • •
TÊN ĐÈ TÀI:
NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP TÁCH
LÀM GIÀU CHROMITE TRONG MẪU KHOÁNG
CÔ ĐỊNH, THANH HÓA
MÃ SỐ: QT-09-62
CHỦ TRÌ ĐÈ TÀI: NGUYỄN NGỌC MINH
HÀ NỘI - 2010
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC T ự NHIÊN
• • • •
* * * * * * * * *
TÊN ĐÈ TÀI:
NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP TÁCH
VÀ LÀM GIÀU CHROMITE TRONG MÃƯ KHOÁNG SÉT
CỔ ĐỊNH, THANH HÓA
MÃ SỐ: QT-09-62
CHỦ TRÌ ĐÈ TÀI: NGUYỀN NGỌC MINH
I OAI HOC ^U Ố C G ia hã ị jõ
TRUNG TÂM THÕNG TỈN THU VIỆN
rÕÕÕẽOÕọộrỉM
HÀ NỘI-2010
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC T ự NHIÊN
■k-k-k-k-k-k-k-k-k
TÊN ĐÈ TÀI:
NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP TÁCH
VÀ LÀM GIÀU CHROMITE TRONG MẪU KHOÁNG SÉT
CỔ ĐỊNH, THANH HÓA

MÃ SÓ: QT-09-62
CHỦ TRÌ ĐÈ TÀI:
CÁC CÁN B ộ THAM GIA:
TS. N guyễn N gọc M inh
PG S.TS. Lưu Đức Hải
CN. N guyễn X uân H uân
sv. N guyễn Phước c ẩ m Liên
sv. Hoàng Thị Thanh Hiếu
HÀ NỘĨ-2010
MỤC LỤC
MỜ ĐÀU 1
CHƯƠNG I. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 3
1.1. Điều kiện tự nhiên, các hoạt động khai thác Chromite và khoáng sét đi kèm tại cổ
Định, Thanh H óa 3
ỉ. 1.1. Điểu kiện tự nhiên tại khu vực khai khoáng Cô Định - Thanh Hóa

3
1.1.2. Hoạt động khai thác chromite tại Cô Định - Thanh Hóa

4
1.2. Ảnh hưởng của một số yếu tố hóa lý tới tính chất của khoáng sét bentonite

7
CHƯƠNG II. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN c ứ u

10
II. 1. Đối tượng nghiên cứu
.
10
11.2. Phương pháp nghiên cứ u 10

II. 2. ỉ. Chuân bị dung dịch sét bentonite 10
ỉỉ.2.2. Chuán bị axit humic
10
//. 2.3. Thí nghiệm phân tán trong ong nghiệm I I
II. 2.4. Thí nghiệm phân tán trẽn cột lắng
12
CHƯƠNG III. KẾT QUẢ NGHIÊN c ứ u VÀ THẢO LUẬN 14
III. 1. Một sổ tính chất lý - hóa cơ bản của mẫu khoáng sét nghiên cứu
.
14
111.2. Ảnh hưởng của một số yếu tố hóa lv cơ ban đến sự phân tán của khoáng sét
bentonite 15
111.2. ỉ. Anh hưởng cùa p tì 15
111.2.2. Anh hưởng của các cation

16
111.2.3. Anh hưởng cùa chât hữu cơ (axit humic)

18
111.3. Thí nghiệm tăng hiệu xuất tách khoáng sét ra khòi Chromite trên cột lẳng trong
môi trường kiềm và sự có mặt của AH 20
111.4. Mô hình thực nghiệm tách bentonite ra khòi Chromite 21
KÉT LUẬN 24
TÀI LIỆU THAM KHẢO 25
PHỤ LỤ C 29
1
DANH MỤC HÌNH VẼ
Hĩnh 1. Bãi quặng crôm c ổ Định nham nhở những “hố bom ”

5
Hĩnh 2. Khai thác quặng trái phép ở vừng mỏ chromite Cô Đ ịnh 5
Hình 3. Cấu trúc ‘card house ’ hình thành trong môi trường có phản img axit

7
Hĩnh 4. Cấu trúc lớp điện kép của các hạt khoảng sét 8
Hình 5. Sự hấp phụ anion lên các vị trí rìa của khoảng sé t

9
Hình 6. Thí nghiệm phân tản/keo tụ mau khoảng sét trong ổng nghiệm
11
Hình 7. Phân tản mâu bùn chứa chromite trên cột lăng 13
Hình 8. Sự phần bo các cấp hạt trong mau khoáng sét
14
Hình 9. Phân bố hàm lirợng Cr trong các cấp h ạ t 15
Hình 10. Anh hưởng của pH đển khả năng phân tán cùa mẫu sét bentonite

16
Hình lì. Anh hưởng của ỉC đến khả năng phân tán của mâu sét bentonite

17
Hình 12. Anh hưởng của Ca2+ đến khả năng phân tán của mẫu sét bentonite
.
18
Hình 13. Anh hưởng của Alđên khá năng phân tản cúa mẫu sét bentonite
.
18
Hình 14. Anh hưởng của A H đến khả năng phán tán khoáng sét tại pH 9

19

Hình 15. Hiệu suất tách các cấp hạt trên cột lắng ở pH 8, 9, 10 và pH 9

21
Hình 16. Mô hình dây chuyền tách Bentonite ra khỏi Chromite 22
DANH MỤC CÁC CHỮ VIÉT TẮT
AH: axit humic
CEC: dung tích trao đổi cation
CHC: chất hữu cơ
DOM: chất hữu cơ hoà tan
me: mili đương lượng
OM: chất hữu cơ
T%: độ truyền qua
BÁO CÁO TÓM TẤT
ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
CẤP ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
Tên đề tài: Nghiên cứu phương pháp tách và làm giàu chromite trong mâu
khoáng sét Cô Định, Thanh Hóa
Mã số: QT-09-62
Chủ trì để tài: TS. Nguyễn Ngọc Minh
Các cán bộ tham gia: PGS. TS. Licu Đức Hải
CN. Nguvễn Xuân Huân
sV. Nguyên Phước Câm Liên
sv. Hoàng Thị Thanh Hiếu
Mục tiêu và nội dung nghiên cứu:
Mỏ sa khoáng chromite tại mỏ khoáng c ổ Định - Thanh Hóa được phát hiện năm
1927 với trữ lượng thăm dò khoảng 21 triệu tẩn và bắt đầu khai thác từ năm I93Ữ.
Tuy nhiên, do lượng bentonite lân trong mâu quặng là khả lớn nên quá trình khai
thác chromite còn gặp nhiều khó khăn. Bentonite và chromite có kích thước khác
nhau khác nhau do đó có thê được phân tách theo phương pháp lẳng trọng lực. Tuy
nhiên, với đặc tính cơ bản cùa bentonite như trương nở, dẻo, dính và keo lang

nhanh trong dung dịch có nông độ ion hòa tan cao, quá trình tách trọng lực đơn
thuần gặp rất nhiều khó khăn. Nghiên cứu này nham xác định ảnh hưởng của pH và
cixit humic (AH) đến kha năng phân tán của bentonite trong dung dịch. Thỉ nghiệm
phân tán bentonite trong ống nghiệm và trên cột lăng được tiến hành tại pH 1-10
vờ AH nồng độ 5 - 50 mg L '. Tốc độ keo tụ được tính toán dựa trên phương pháp
khối lượng và phương pháp trắc quan với máy so màu quang điện íLagalv và nnk,
1997).
IV
Các kết quả đạt được:
+ Kết quả khoa học: Trong mẫu quặng khoáng sét (< 2/um) chiếm 7% và cắp hạt >
2ụm chiếm 93%. Hàm lượng chromite trong mâu là 18 g K g ', và tập trung chủ yêu
trong cấp hạt > 2ụm (17,4 g Kg'1, tương ứng với -97%). Thí nghiệm trong ong
nghiệm cho thấy p H tăng và nồng độ AH có mặt trong dung dịch tách chiêt tăng sẽ
làm chậm tốc độ keo tụ của các hạt sét. Khi pH của môi trường tách chiêt thay đôi
từ 7 đến 10, khối lượng sét (< 2ụm) tách ra khỏi cột lắng (h — 30 cm) sau 23hỉ 1
tăng từ 3,1% - 13,3%. Tại p H 9, AH với nồng độ 50 mg ư ' thêm vào cột lắng làm
tăng xắp xỉ 2 lần hiệu suốt tách các hạt sét (từ 7,1 lên 13,9%). Nồng độ Off, AH
đóng vai trò là tác nhân thúc đấy sự phân tản của khoảng sét, và do đó cải thiện
khả năng phân tách chromite và bentonite trong dung dịch. Nghiên círu này là cơ sở
khoa học giúp cải thiện việc tận thu chromite lân trong bùn thải chứa bentonite.
Bên cạnh đó, bentonite tách ra cũng có thể đem lại hiệu quả kinh tê nhât định.
+ Ket quả công bố: tác giả của ỉ bài báo đăng trên tạp chí Khoa học đât sô 34 năm
2010 (đã nhận đăng)
+ Ket quả đào tạo: nhóm sinh viên nghiên cứu khoa học đạt giá ì nhì câp trường
ĐHKHTN và giải ba cấp ĐHQG & Bộ Giáo dục và Đào tạo.
Tình hình kinh phí của đề tài: Kinh phí thực hiện đề tài đúng theo dự kiến
CHỦ NHIỆM KHOA MÔI TRƯỜNG CHỦ TRÌ ĐÈ TÀI
PG S.TS. Lưu Đức Hải
TS. Nguyễn N gọc M inh
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC T ự NHIÊN

. arió MI tu TAUỎna
SUM M AR Y
Project’s tittle: Investigation o f extraction and enrichment for Cromite in clay
mineral sample in Co Dinh, Thanh Hoa
Code: QT-09-62
Project leader: Dr. Nguyen Ngoe Minh
Project’s participants: Prof.Dr. Luu Due Hai
BSc. Nguyen Xuan Huan
Stu. Nguyen Phuoc Cam Lien
Stu. Hoang Thi Thanh Hieu
Objectives and contents:
In Vietnam, bentonite has mainly been exploited from Di Link (Lam Dong) and Co
Dinh (Thanh Hoa) mining areas. Large amount o f bentonite was found to locate
with chromite ore. Taking all bentonite in mining sludge released from chromite
production can provide huge benefits. However, low productivity o f separation by
gravity sedimentation was frequently observed. This study is to identify influences o f
pH, cations and humic (HA) acid on dispersion ofbentonit and seek fo r solutions to
improve bentonite separation productivity. Dispersions o f bentonite have been
conducted in test-tubes and in sedimentation columns at different conditions (pH
changes; presences o f cations and organic anion). Flocculation rates was measured
by gravimetric and transmission (with spectrophotometer) (Lagaly et al., Ì997).
Scientific results:
In mud containing bentonite, clay fraction (< 2fum) contributes 7% and coaser
fraction builds upto 93%. Test-tube experiments have shown that increases o f pH
and HA concentration can significantly accelerate clay dispersion. In the column
experiment, it is found that clay amount separated by sedimentation increased from
3.1 - 13.3% with a change in pH from 7 to 10. At pH 9, in an addition o f HA (to
reach a target concentration o f 50 mg V 1) clay amount separated by sedimentation
increases from 7.1 to 13.9%. 0H~ concentration, HA play a role as factor to
accelerate clay dispersion, and improve the separation between chromite and

bentonite in the solution. This study can be a fundamental to enhance extraction
rate o f chromite which uccurs in mud. Besides, bentonite extracted from this model
can also produce benefits.
Publications: Vietnam Journal o f Soil Science (accepted to publish in Volume 34,
2010).
Education result: group o f students achieved award fo r scientific research
Financial status:
MỞ ĐẦU
Nước ta có trữ lượng chromite (FeCr2Ơ4) khoảng 25 triệu tấn, tập trung chủ yếu ở
mỏ Cổ Định - Triệu Sơn với trữ lượng thăm dò lên đến 21 triệu tấn và phân bố trên
diện tích 3.200 ha. Hoạt động khai thác ở khu mỏ này đã bắt đầu từ những năm
1930 với công nghệ khai thác của Trung Quốc. Tuy nhiên, công nghệ hiện nay vẫn
gặp một số trở ngại do hàm lượng sét bentonite lẫn trong quặng chromite tương đối
lớn làm giảm hiệu suất khai thác. Nghiên cứu tìm ra giải pháp tối ưu hóa quá trình
tách bentonite ra khỏi quặng chromite là vấn đề cấp thiết giúp cải thiện công suất
khai thác khoáng chromite tại c ổ Định.
Thành phần và các đặc tính lý - hóa (thành phần cơ giới, tỷ diện, dung tích trao đổi
cation, tính dẻo, dính ) của bentonite cổ Định - Thanh Hóa được đề cập trong
nhiều nghiên cứu khác nhau (Trần Khải và Trần Kông Tẩu, 2002; )• Tuy nhiên,
khả năng phân tán/keo tụ của bentonite cổ Định dưới tác động của các yếu tố lý -
hóa học của môi trường cần được làm sáng tỏ hơn. Khoáng sét (bentonite) và
chromite có kích thước khác nhau khác nhau do đó có thể được phân tách theo
phương pháp lắng trọng lực dựa trên thời gian keo tụ của chúng trong dung dịch.
Một số các yếu tố như pH hay sự có mặt của các cation với nồng độ cao có khả
năng đẩy nhanh sự kết lắng của các hạt sét. Do vậy, hiệu suất tách sét ra khỏi
chromite có thể giảm đáng kể.
Ảnh hưởng của sự thay đổi pH đến sự phân tán khoáne sét đã được nghiên cứu
nhiều trên thế eiới. Sự thav đổi pH tác động trực tiếp lên các vị trí rìa của các hạt sét
(edge surface), nơi chứa các nhóm OH‘ có khả nãna cho nhận proton tùy theo pH
của môi trường. Khi pH giảm xuống dưới 5, điện tích dương trên bề mặt rìa khoáng

sét tăng lên dẫn đến sự hình thành các liên kết giữa các hạt theo kiểu bề mặt - rìa -
bề mặt để hình thành những đoàn lạp có kích thước lớn hơn ( Van Olphen. 1977), do
đó sự phân tán của các hạt trong dung dịch eiảm đi. Khi pH > 5 lưới điện tích bề
mặt của hạt sét trở nên âm điện hơn. các hạt sét có xu hướne đấy nhau do tích điện
cùng dấu. Kết quả là sự phân tán các hạt sét trong duna dịch được duv trì lâu hơn.
1
Ảnh hưởng của các anion hữu cơ đến sự phân tán khoáng sét cũng đã được đè cập
trong nhiều nghiên cứu (Shanmuganathan và Oades, 1983; Penner và Lagaly, 2001;
Frenkel và nnk, 1992). Tejada và Gonzalez (2007) đã chứng minh các anion hữu cơ
làm giảm tính ổn định của cấu trúc đất. AH mang điện tích âm bị hấp phụ trên bê
mặt sét làm giảm khả năng keo tụ của sét. Khi pH tăng, AH âm điện hơn do đó càng
làm cản trở sự keo tụ của sét (Nguyễn Ngọc Minh và nnk, 2009).
pH và AH có khả năng tác động trực tiếp đến đặc tính lý - hóa học trên bề mặt của
bentonite. Do đó, các thí nghiệm trong ống nghiệm và cột lẳng được tiến hành ở các
giá trị pH và nồng độ AH khác nhau nhằm tìm ra khoảng pH, nồng độ AH tối ưu
cho quá trình tách bentonite từ quặng chromite. Bên cạnh đó, một mô hình lý thuyết
được đề xuất nhằm cải thiện hiệu suất tách bentonite ra khỏi quặng chromite.
CH Ư Ơ NG I. TỎ N G Q UAN T À I LIỆU
1.1. Điều kiện tự nhiên, các hoạt động khai thác Chromite và khoáng sét đi kèm
tại c ể Định, Thanh Hóa
1.1.1. Điều kiện tự nhiên tại khu vực khai khoáng cổ Định - Thanh Hóa
Duyên hải miền Trung bao gồm vùng duvên hải Bắc Trung Bộ (các tình Thanh
Hoá, Nghệ An, Hà Tĩnh, Quảng Bình, Quảng Trị, Thừa Thiên - Huế) và duyên hải
Nam Trung Bộ (thành phố Đà Nang, các tỉnh Quảng Nam, Quảng Ngãi, Bình Định,
Phú Yên, Khánh Hoà, Ninh Thuận và Bình Thuận). Khối núi Bạch Mã - nơi có đèo
Hải Vân, được coi là ranh giới tự nhiên giữa hai vùng trên.
Đây là một lãnh thổ hẹp theo chiều Đông - Tây, nhưng lại kéo dài theo chiều Bắc -
Nam, với sự phân hoá khá rõ của các điều kiện tự nhiên và tài nguyên thiên nhiên,
của dân cư - dân tộc, điều kiện lịch sử cho phép phát triển cơ cấu kinh tế nhiều
ngành để khai thác có hiệu quả nhất sự khác biệt lãnh thổ đó.

Duyên hải miền Trung có khá nhiều tài nguyên nhưng chưa khai thác được bao
nhiêu. Một số loại khoáng sản có trữ lượng khá lớn. Tài nguvên lâm nghiệp tương
đối giàu. Tài nguyên nông nghiệp, thuỷ sản cũng không kém phần đa dạng. Nhưng
đây lại là vùng thường xuyên chịu thiên tai và là vùng bị tàn phá nặng nề nhất trong
thời gian chiến tranh. Hiện nay, sự phát triển kinh tế - xã hội của vùng thực sự còn
gặp nhiều khó khăn. Với sự tập trung đầu tư cho vùng, nhất là với sự hình thành và
phát triển của địa bàn kinh tế trọng điểm miền Trung, trong tương lai gần đây, kinh
tể của vùng sẽ có bước phát triển đáng kể.
Trong vùng có một số mỏ khoáng sản có giá trị như mỏ sắt Thạch Khê (Hà Tĩnh),
mỏ chromite c ổ Định (Thanh Hoá), mỏ thiếc Ọuv Hợp (Nghệ An). Duyên hải Nam
Trung Bộ có trữ lượng lớn cát làm thuỷ tinh, ôxyt titan. Đất sét. cao lanh, đá vôi
làm xi măng sẵn có ở Bắc Trung Bộ. Ngoài ra còn có một số mỏ đá quý.
Do hạn chế về điều kiện kv thuật và von nên nhiều tài nguyên khoáng sản của vùng
vẫn ở dạng tiềm năne hoặc được khai thác khône đáne kể (chromite, thiếc )
3
1.1.2. Hoạt động khai thác chromite tại cỗ Định - Thanh Hóa
Như được tự nhiên ưu đãi, Thanh Hóa là tỉnh duv nhất của Việt Nam có tài nguyên
khoáng sản chromite quý giá. Đây cũng là nơi có lượng chromite lớn nhất của khu
vực Đông Nam Á. Đó có thể coi là một tiềm năng lớn của ngành Công nghiệp khai
thác khoáng sản của Việt Nam bởi khi chromite được chế biến thành sản phẩm
Ferocrom và Bicromat thì sẽ đem lại giá trị rất lớn về mặt kinh tế. Tuy nhiên, cho
đến nay, mặc dù có trữ lượng lớn, song Việt Nam vẫn chưa có một nhà máy khai
thác, chế biến lớn đủ tầm để đem lại giá trị,
Thực hiện chủ trương của Thủ tướng Chính phủ về tăng cường chế biến sâu khoáng
sản, hạn chế xuất khẩu quặng thô, từ năm 2004 tỉnh Thanh Hóa đã có quyết định
cấm khai thác, xuất khẩu quặng chromite thô.
Trong số 6 doanh nghiệp được tỉnh giao quản lý, bảo vệ để đầu tư xây dựng nhà
máy chế biển, đến thời điểm này mới có 3 dự án được khởi công xây dựng gồm các
nhà máy Ferocrom Nam Việt, Ferocrom Tân Ninh tại huyện Triệu Sơn, Nhà máy
Ferocrom Thanh Hóa tại Khu kinh tế Nghi Sơn.

Tại các dự án này tiến độ xây dựng rất chậm. Các dự án còn lại mặc dù đã được cấp
giấy chứng nhận đầu tư hoặc giao đất nhưng vẫn chưa triển khai hoặc triển khai rất
chậm, điển hình là Nhà máy sản xuất ferocrom JindaL Nông cống.
Tình trạng trên dẫn đến công tác bảo vệ vùng mỏ gặp khó khăn và luôn nóng bỏng
tình trạng quặng tặc khai thác lúc công khai, lúc lén lút và vận chuyển quặng trái
phép bán ra nước ngoài.
Tháng 9-2006, Thủ tướng Chính phủ đã chỉ đạo UBND tỉnh thanh Hóa tăng cường
chế biến sâu, hạn chế xuất khẩu quặng thô để nâng cao giá trị sản phẩm. Đồng thời,
trong 2 năm 2007 và 2008, Phó Thủ tướng Chính phủ Hoàng Trung Hải liên tiếp ký
2 văn bản số 6098/VPCP- CN ngày 25-10-2007 và 5479/VPCP-KTN ngày 21-8-
2008 về việc thăm dò, khai thác, chế biến chromite tại Thanh Hóa. Trong đó, Phó
Thủ tướng đã nêu rõ: "Bộ Công thương chủ trL phối họp với Bộ Tài neuvên và Môi
trường và ƯBND tỉnh Thanh Hóa chỉ đạo Tập đoàn Cône nghiệp than khoáng sản
Việt Nam (TKV) phối hợp với các doanh nghiệp địa phương tại tinh Thanh Hóa
khẩn trương hoàn thành việc thăm dò quặna chromite trên diện tích 23 km2 tại khu
4
Tinh Mễ - An Thượng (thuộc huyện Triệu Sơn và Nông cống tỉnh Thanh Hóa).
Ngoài ra, ƯBND tỉnh Thanh Hóa còn có nhiệm vụ chỉ đạo Công ty c ổ phần Nam
Việt hợp tác, liên kết với TKV và các doanh nghiệp địa phương của tỉnh sớm thăm
dò, khai thác và chế biến quặng cromit tại khu mỏ cổ Định” .
H ình 1. B ãi quặng crôm c ồ Định nham nhở những “hố bom ”
H ình 2. Khai thác quặng trái phép ở vùng mỏ chromite c ỏ Định
(ảnh: Baothanhhoa.vn)
5
Tuy nhiên, tính đến thời điểm hiện nay, trong số 6 doanh nghiệp đang được UBND
tỉnh Thanh Hoá giao quản lý, bảo vệ để đầu tư xây dựng nhà máy chế biến, thì mới
có 3 dự án được khởi công xây dựng. Bao gồm các nhà máy Ferocrom Nam Việt,
Ferocrom Tân Ninh tại huyện Triệu Sơn, Nhà máy Ferocrom Thanh Hóa tại Khu
kinh tế Nghi Sơn. Điều đáng nói, tại các dự án này, tiến độ xâv dựng rất chậm, do
đó dẫn đến tình trạng nhiều người dân lén lút khai thác chromite trái phép để bán

cho các đầu nậu thu gom rồi được “chảy” ra nước ngoài (chủ yếu là Trung Quốc)
khiến công tác bảo vệ vùng mỏ gặp khó khăn. Cụ thể, trong nhiều tuần nay, tại vùng
mỏ Phú Nhuận và Mậu Lâm, huyện Như Thanh, vào ban đêm, đã diễn ra tình trạng
khai thác quặng chromite trái phép trong khi các ngành chức năng không phát hiện,
ngăn chặn, gây nhiều bất bình trong nhân dân
Để ngăn chặn tình trạng trên, ngày 23-10-2009, Chủ tịch ƯBND tỉnh Thanh Hóa đã
thúc giục các cơ quan chức năng liên quan trong tỉnh như Sở Công thương, Sở Ke
hoạch và Đầu tư, Sở Tài nguyên và Môi trường cần phải vào cuộc mạnh mẽ. Theo
đó, Chủ tịch ƯBND các huyện Triệu Sơn, Nông cống, Như Thanh cần phối hợp
cùng Công an tỉnh, quản lý thị trường, các đơn vị liên quan có biện pháp triển khai
lực lượng bảo vệ mỏ 24/24 giờ trong ngày, kiên quyết chấm dứt việc khai thác, vận
chuyển quặng chromite trái phép; xử lý nghiêm khắc các cá nhân, tổ chức vi phạm
Ngoài ra, bằng các biện pháp hữu hiệu, tỉnh Thanh Hóa sẽ quyết định thu hồi lại mỏ
giao cho đơn vị có khả năng, hoặc giao cho địa phương quản lý từ sau ngày
30/11/2009 đối với những doanh nghiệp không có khả năng đầu tư chế biến sâu.
UBND tỉnh Thanh Hoá cần có những biện pháp mạnh mẽ hơn nhàm ổn định an
ninh, tránh ô nhiễm môi trường, đồng thời tránh để lượng tài nguyên khoáng sản
quý giá bị thất thoát.
Hiện nay tỉnh đã tổ chức cho dân khai thác trên vùng quặng nghèo, nếu khai thác
công nghiệp sẽ không hiệu quả. Bây giờ có Luật Khoáng sản. Trao đổi với ông Lê
Văn Phan - Chủ tịch ƯBND huyện Triệu Sơn - ông cho ràng ƯBND tĩnh Thanh
Hoá nên trình với Chính phủ và các bộ, ngành liên quan như Bộ Côna nghiệp. Bộ
Tài nguyên và Môi trường cấp giây phép cho các tô chức, cá nhân có đủ nărm lực và
điều kiện của Luật quv định được khai thác tận thu quặne chromite. Sản phẩm bán
6
cho Xí nghiệp Mỏ Chromite để tinh chế quặng xuất khẩu, tránh “chảy máu’' quặng
thô như hiện nay. Với điều kiện Xí nghiệp Mỏ Chromite cổ Định phải được đầu tư
thiết bị tinh chế quặng và UBND tỉnh Thanh Hoá và địa phương vùng quặng phải
bảo đảm khai thác có tổ chức, bảo vệ môi trường, bảo đảm an ninh trật tự, chông
thất thu thuế tài nguyên. Không vì những bất cập của công tác quản lý mà đẩy

người dân và tình trạng “không lối thoát’’ như hiện nay.
1.2. Ảnh hưởng của một số yếu tố hóa lý tói tính chất của khoáng sét bentonite
Ảnh hưởng của sự thay đổi pH đến sự phân tán khoáng sét đa được nghiên cứu
nhiều trên thế giới. Sự thay đổi pH tác động trực tiếp lên các vị trí rìa của các hạt sét
(edge surface), nơi chứa các nhóm OH‘ có khả năng cho nhận proton tùy theo pH
của môi trường. Khi pH giảm xuống dưới 5, điện tích dương trên bề mặt rìa khoáng
sét tăng lên dẫn đến sự hình thành các liên kết giữa các hạt theo kiểu ‘bề mặt - rìa -
bề mặt’ để hình thành những đoàn lạp có kích thước lớn hơn
( Van Olphen, 1977),
do đó sự phân tán của các hạt trong dung dịch giảm đi. Khi pH > 5 lưới điện tích bề
mặt của hạt sét trở nên âm điện hơn, các hạt sét có xu hướng đẩy nhau do tích điện
cùng dấu. Ket quả là sự phân tán các hạt sét trong dung dịch được duy trì lâu hơn.
Hình 3. Cấu trúc ‘card house ’ hình thành trong môi trường có phản ứng axit
Các cation có khả năng tác độne đên sự phân tán của sét thông qua cơ chế trung hòa
điện tích bề mặt và làm giảm lớp điện kép của các hạt sét. Sự có mặt của các cation
hóa trị cao hơn trong dung dịch thường làm cho sét bị keo tụ nhanh hơn. Nguyễn
7
Ngọc Minh và nnk (2009) đã chứng mình ràng các cation tác động đến tốc độ keo
lắng của mẫu khoáng sét (chứa chủ yếu illit) theo thứ tự cation hóa trị III > hóa trị II
> hóa trị I.
Bulk solution
Gouy plane V * _ *
Diffuselayer * +
Shear plane - ‘x 4
Stern piano - < + w -\
- : Í Ỵ _ ■ Yj,\- - -
r - " Y “ ;V : :
+ . _ • V > +- ỉ
+ \ “ - \ ~4*/ĩ
Net negative - V - V / /

particle surface V - /
+ ♦ " + + "r- :
Surface potential V - -
Stern potential <ú
Zeta potential ^
Distance from
panicle surface
H ình 4. Cấu trúc lớp điện kép của các hạt khoáng sét
Các anion có mặt trong dung dịch có khả năng làm giảm đáng kể tổc độ keo tụ của
huyền phù. Các anion vô cơ trong đất và nước thường ít bị hấp phụ bời pha rắn mà
thường tồn tại ở dạng tự do. Khả năng hấp phụ của các anion lên bề mặt pha rắn
(khoáng sét) nhờ lực hút tĩnh điện thường rất thấp và bị chi phối bởi sự tồn tại của
8
các điện tích dương trên ‘bề mặt rìa’ của các tinh thể khoáng sét. Sự hấp phụ của
anion lên các vị trí mang điện tích dương trên ‘bề mặt rìa’ khoáng sét có khả năng
dẫn đến sự phá vỡ các liên kết tĩnh điện kiểu ‘bề mặt - rìa - bề mặt' của các tinh thể
khoáng sét, và điều này được biết đến như một nguyên nhân làm giảm khả năng keo
tụ của khoáng sét. Sự khác biệt về ảnh hưởng của các anion khác nhau đối với sự
phân tán của khoáng sét được đề cập trong nhiều nghiên cửu khác nhau (Gu và
Doner, 1993; Penner và Lagaly, 2001; Nguyễn Ngọc Minh và nnk, 2009), trong đó
P 043' có khả năng thúc đẩy sự phân tán của khoáng sét cao hơn so với S 042' và c r.
Các anion có hóa trị lớn hơn thường có ái lực cao hơn đối với các vị trí mang điện
tích dương trên ‘bề mặt rìa’ của các tinh thể khoáng sét nhờ lực hút tĩnh điện và sự
hình thành các nội phức (Lima và nnk, 2000). và do đó có tác dụng cản trở lớn hơn
đối với sự keo tụ của khoáng sét.
H ình 5. S ự hấp phụ anion lên các vị tri rìa của khoáng sét
Tương tự như các anion vô cơ, các anion hữu cơ cũng có ảnh hưởng quan trọng đến
sự phân tán khoáng sét (Shanmuganathan và Oades. 1983; Penner và Lagaỉy, 2001;
Frenkel và nnk, 1992). Tejada và Gonzalez (2007) đã chứng minh các anion hữu cơ
làm giảm tính ổn định của cấu trúc đất. AH mana điện tích âm bị hấp phụ trên bề

mặt sét làm giảm khả năne keo tụ của sét. Khi pH tãng, AH âm điện hơn do đó càng
làm cản trở sự keo tụ của sét.
9
C H Ư Ơ NG II. ĐỐ I TƯỢ N G VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN c ử u
II. 1. Đối tượng nghiên cứu
Mầu bùn thải từ quá trình khai thác chromite tại cổ Định - Thanh Hóa vào tháng 1
năm 2009. Mau bùn có phản ứng chua nhẹ (pH|<ci: 6,4), hàm lượng chất hữu cơ (xác
định theo phương pháp Walkley - Black) thấp (1,95%), dung tích trao đổi cation
(xác định theo phương pháp Schachtschabel) tương đối cao (144 me lOOg'1)
II.2. Phương pháp nghiên cứu
Phân tích m ột số chỉ tiêu trong phòng thí nghiệm:
pHK(> mẫu đất đirợc ngâm với KC1 IN (1:5) và đo bang pH meter
CHC: xác định theo phương pháp Walkley-Black
CEC: xác định theo phương pháp Schatschabel
Cr và Fe tổng số được công phá bàng hỗn hợp cường thủy và đo trên máy AAS
11.2.1. Chuẩn bị dung dịch sét bentonite
Sét bentonite sử dụng trong thí nghiệm với ống nghiệm được tách ra từ mẫu bùn
theo phương pháp gạn lắng trọng lực trong dung dịch. lOg mầu bùn được lẳc với 1L
nước cất trên máy lắc trong 24h. Sau đó mẫu được chuyển vào cột lăng (h = 40cm).
Cấp hạt sét (< 2 |um) có thời gian lắng lâu hơn và được tách ra khỏi dung dịch thông
qua một ổng hút (hút ờ độ sâu 30 cm sau 23hl 1' tính từ khi mẫu được phân tán
trong cột lẳng). Dung dịch chứa sét bentonit được pha loãng với nước cất để tạo
dung dịch làm việc (*) có chứa lượng sét 50 mg m L '1.
ỉl.2.2. Chuẩn bị axit humic
Axit humic (AH) được tách chiết bằng phương pháp Swift (1996) cải tiến. Mầu đất
được lắc qua đêm với duns dịch tách chiết là NaOH 0.0IM. Phần dung dịch chứa
AH được lọc qua giấy lọc. sau đó được xử lý với bàng HCI 0.0IM. Dung dịch chứa
10
kết tủa (humic) được để lắng qua đêm ở nhiệt độ phòng. Kết tủa chứa AH được tách
ra bằng phương pháp lọc kết tủa trên giấy lọc, sau đó tiếp tục rửa kết tủa nhiều lần

với nước cất 2 lần để loại bỏ HC1 dư. Pha loãng AH thu được được trong dung dịch
NaOH 0.01M để được các dung dịch AH có nồng độ 50, 100 và 150 mg L '1.
ỊỊ.2.3. Thí nghiệm phân tán trong ống nghiệm
Ảnh hưởng của các cation đổi với sự phân tán của cấp hạt sét trong dung dịch được
xác định với sự có mặt của K+ (nồng độ KC1: 5; 10; 15; 20 mmol L*1), Ca2+ (nồng độ
CaCỈ2: 1; 2; 3; 4; 5; 8; 10 mmol L '1) và A]3+ (nồng độ AICI3: 0,1; 0,15; 0,2; 0,25;
0,3; 0,4; 0,5 mmol L '1), với quy trình như sau: hút 1 mL dung dịch sét nồng độ 50
mg mL' 1 cho vào ống nghiệm, thêm vào 1 mL dung dịch chứa các cation với nồng
độ nhất định, sau đó thêm nước cất đến 10 mL. Mầu được phân tán bằng rung siêu
âm (Elma S30h) trong thời gian 30s, giữ yên trong 2h, sau đó hút 2 mL dung dịch ở
phần trên cùng của ống nghiệm chuyển vào cuvet. Độ truyền qua (T%) cùa dung
dịch được xác định tại bước sóng 600 nm.
Hình 6. T hỉ nghiệm phân tán/keo tụ mẫu khoáng sét trong ống nghiệm
Ảnh hưởng của pH và AH đến tốc độ keo tụ của sét bentonite được xác định trong
các môi trường có giá trị pH: 1 -1 0 , nồng độ AH: 50 - 500 mg L*1 và nồng độ ion
nền (CaCl2: 50 mmol L '1) với quy trình làm việc cụ thể như sau: hút 4 mL dung
dịch làm việc (*) cho vào ống nghiệm, dung dịch HC1 0,0IM và NaOH 0,0IM được
sử dụng để điều chỉnh pH về giá trị định sẵn. 1 mL CaCl2 - 50 mmol L' 1 được thêm
vào đê tạo nông độ ion nên (Trong điêu kiện môi trường kiềm tỉnh và với sự có mặt
của AH, sự keo tụ không thế quan sát được sau 2h thí nghiệm đòi hòi bổ sung CaCỈ
2
với 2 lý do: 1) biểu thị cường độ ion thường gặp trong dung dịch đất; 2) gia tăng sự
keo tụ các hạt sét, từ đó làm rõ hơn tác động của AH). 5 mL AH (mg L"1) nồng độ
khác nhau được thêm vào để có được các dung địch có nồng độ 50 - 500 mg L '1.
Chú ý: tổng thể tích dung dịch trong ống nghiệm là 10 mL. Sau đó, mẫu được xử lý
rung siêu âm và tiến hành xác định độ truyền qua của dung dịch tương tự như thí
nghiệm về ảnh hưởng của các cation.
11.2.4. Thí nghiệm phân tán trên cột lắng
lOOg mẫu được phân tán trong 1 L các dung dịch NH4OH có pH 8, 9, 10 và tại pH 9
bổ sung AH nồng độ 50 mg L '1. Hiệu suất tách trong các thí nghiệm được xác định

dựa trên khối lượng cấp hạt < 2ụm được tách ra khởi cột lắng sau thời gian 23hl r.
12
H ình 7. Phân tản mẫu bùn chứa chromite trên cột lẳng
13
C H Ư Ơ N G III. K Ế T Q UẢ NG H IÊ N c ứ u VÀ T H Ả O LUẬN
III.l. Một số tính chất lý — hóa cơ bản của mẫu khoáng sét nghiên cửu
Mầu bentonite nghiên cứu có phản ứng chua nhẹ (pH|<ci: 6,4). và hàm lượng chất
hữu cơ tương đối thấp (OM: 1,9%) (Bảng 1). Khả năng trao đổi cation của mẫu
khoáng sét tương đối lớn (144 me ỈOOg'1) cho thấy bentonite c ổ Định rất có tiềm
năng sử dụng trong lĩnh vực cải tạo đất và xử lý chất ô nhiễm.
Bảng 1. Một số thông số hóa - lý cơ bản của mẫu khoáng sét
__
______________bentonite c ổ Định - Thanh Hóa
OM
CEC
Fe
(%)
me lOOg' 1
(%)
1.9 144
0.9
Kết quả tách chiết các cấp hạt với nước cất ở pH 7 cho thấy hàm lượng sét (< 2|am)
trong mẫu nghiên cứu khá nhỏ (6,7%). Nghiên cứu của Trần Khải và Trần Kông
Tấu (2002) cũng cho thấy hàm lượng sét trong mẫu khoáng sét mỏ c ổ Định -
Thanh Hóa chỉ dao động từ 4,0 đến 9,0%. Với hàm lượng sét như vậy thì đây là
mẫu nghèo sét. cấp hạt có kích thước 2 - 6,3 Ịim chiếm 14,6%, trong khi đó cấp hạt
6,3 - 20 |itn chiếm 17,2% và cấp hạt > 20 |um chiếm đến 61,4% (Bảng 2, Hình 5).
Bảng 2. Thành phần phần trăm các cấp hạt trong mẫu khoáng sét nghiên cứu
Cấp hạt >20p.m 20-6.3 jim 6.3 - 2ụvt\ <2nm
61,4 17,2 14.6 6,1

H ình 8. S ự phân bổ các cấp hạt trong mẫu khoáng sét
14
Từ kết quả phân tích mẫu khoáng sét cổ Định cho thấy lượng Cr tập trung lớn nhất
ở cấp hạt > 20 Jim (14,3 g K g'1) (Bảng 3). Hàm lượng Cr trong các cấp hạt nhỏ hơn
là tương đối thấp (20-6,3um: 2,2 g Kg'1; 6.3-2|im: 0,9 g Kg' 1 và < 2 um: 0,6 g Kg'
'). Với ~ 97% Cr tập trung trong trong cấp hạt > 2|im, do đó việc tách chiết cấp hạt
< 2ịim ra khỏi mẫu sẽ tăng hiệu suất thu hồi Cr. Nồng độ OH' cao và hàm lượng
AH bổ sung được trông đợi sẽ làm tăng hiệu suất quá trình tách chiết cấp hạt < 2|im
ra khỏi mẫu chứa Cr (xem phàn III.3).
Bảng 3. Phân bố hàm lượng Cr trong các cấp hạt
>20 ụrn 20-6.3|um 6.3-2fim <2ụ.m
% cấp hạt 61,4 17,2 14,6 6,7
Hàm lượng C r íg K g '1) 14,3 2,2 0,9 0,6
15 14.3
ơ)
12
o>
k_
o
9
O)
c
b-
b
6
E
•Cữ
I
3
2.2

0 9 0.6
0
I I [— 1
> 20
6,3-20 2-6,3 < 2
Kích thước cấp hạt (um)
H ình 9. Phân bố hàm lượng Cr trong các cấp hạt
III.2. Ảnh hưởng của một số yếu tố hóa lý CO’ bản đến sự phân tán của khoáng
sét bentonite
111.2.1. Ảnh hưởng của pH
Kết quả thí nghiệm cho thấy phản ứng phân tán cùa mẫu sét cổ Định - Thanh Hóa
là rất khác nhau ở các giá trị pH khác nhau (hình 7). Trong môi trường có phàn ứng
15