Nghiên cứu khả năng giải phóng một số kim loại nặng từ các bãi thải, quặng đuôi nghèo pyrit (fes2)

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

Trương Thị Tâm

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG GIẢI PHÓNG MỘT SỐ
KIM LOẠI NẶNG TỪ CÁC BÃI THẢI, QUẶNG
ĐUÔI NGHÈO PYRIT (FeS 2 )

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

HÀ NỘI - 2012


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------------------

Trương Thị Tâm

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG GIẢI PHÓNG MỘT SỐ
KIM LOẠI NẶNG TỪ CÁC BÃI THẢI, QUẶNG
ĐUÔI NGHÈO PYRIT (FeS 2 )

Chuyên ngành: Khoa học môi trường
Mã số: 60 8502

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

PGS.TS. Đồng Kim Loan

HÀ NỘI - 2012


LỜI CẢM ƠN
Để có thể hoàn thành đề tài luận văn thạc sĩ một cách hoàn chỉnh, bên cạnh
sự nỗ lực cố gắng của bản thân còn có sự hướng dẫn nhiệt tình của các thầy cô khoa
Môi trường, trường Đại học Khoa học Tự nhiên. Tôi xin chân thành cảm ơn tập thể
các thầy cô khoa môi trường, bộ môn Công nghệ Môi trường đã tạo điều kiện cho
tôi được học tập tốt và truyền đạt các kinh nghiệm quý báu cho tôi.
Đặc biệt, xin trân trọng cảm ơn PGS.TS Đồng Kim Loan đã hết lòng luôn
giúp đỡ và tạo mọi điều kiện tốt nhất cho tôi hoàn thành luận văn này. Xin gửi lời
tri ân nhất của tôi đối với những điều mà Cô đã dành cho tôi.
Xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn đến gia đình và bạn bè, những người đã
không ngừng động viên, hỗ trợ và tạo mọi điều kiện tốt nhất cho tôi trong suốt
thời gian học tập và thực hiện luận văn.

Học viên
Trương Thị Tâm


MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC BẢNG
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Chương 1. TỔNG QUAN......................................................................................................3
1.1. Khoáng vật sunfua .................................................................................................3
1.1.1. Đặc điểm chung các khoáng vật sunfua [12]...................................................3
1.1.2. Quặng pyrit sắt................................................................................................4
1.2. Quá trình phong hóa quặng sunfua.........................................................................8
1.2.1. Phân loại quá trình phong hóa [ 4]..................................................................8

1.2.2. Quá trình oxy hóa các mỏ sunfua [12]..........................................................13
1.2.2.2. Quá trình oxy hóa quặng pyrit....................................................................14
1.3. Hiện trạng ô nhiễm và các tác động của KLN đến môi trường khu vực khai thác
quặng và vùng lân cận.................................................................................................16
1.3.1. Hiện trạng ô nhiễm kim loại nặng.................................................................16
1.3.1.1. Hiện trạng ô nhiễm tại một số điểm khai thác mỏ ở Việt Nam.................16
1.3.1.2. Hiện trạng ô nhiễm tại một số điểm khai thác mỏ trên thế giới.................18
1.3.2. Ảnh hưởng của kim loại nặng đến môi trường và cơ thể sống.....................20
1.3.3. Giới thiệu một số KLN và tác động của chúng đến môi trường và con người
.................................................................................................................................21
Chương 2. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU........................................29
2.1. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu........................................................................29
2.2. Phương pháp nghiên cứu......................................................................................29
2.2.1. Phương pháp kế thừa.....................................................................................29
2.2.2. Khảo sát thực địa...........................................................................................29
2.2.3. Nghiên cứu trong phòng thí nghiệm.............................................................30
2.3. Nội dung nghiên cứu............................................................................................31
2.3.1. Danh mục hoá chất, thiết bị cần thiết cho nghiên cứu...................................31
2.3.2. Nghiên cứu các ảnh hưởng đến khả năng cộng kết – hấp phụ các kim loại
nặng lên sắt (III) hydroxit........................................................................................32
2.3.3. Nghiên cứu quá trình phong hoá giải phóng KLN trong điều kiện ngập nước
có tích lũy................................................................................................................33


2.3.4. Nghiên cứu quá trình phong hoá giải phóng KLN trong điều kiện xung nước
có tích lũy................................................................................................................34
Chương 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN...........................................................................35
3.1. Quá trình kết tủa, cộng kết và hấp phụ của các KLN...........................................35
3.1.1. Quá trình oxi hóa- thủy phân và các dạng kết tủa của sắt.............................35
3.1.2. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ ion sắt(II) đến khả năng cố định một số kim

loại nặng Zn, Cu, Pb, As, Cd, Mn...........................................................................35
3.1.3. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của pH đến khả năng kết tủa hydroxit Fe(III) và
cộng kết một số kim loại nặng ................................................................................37
3.2. Kết quả nghiên cứu giải phóng KLN trong điều kiện ngập nước có tích lũy.......39
3.2.1. Sự biến thiên pH và nồng độ của các KLN trong quá trình phong hoá trên mô
hình các bãi thải, quặng đuôi nghèo pyrit................................................................39
3.2.2. Sự biến thiên nồng độ của ion sunfat (SO42-)..............................................44
3.2.3. Kết quả khảo sát các ảnh hưởng đến quá trình phong hoá giải phóng các
KLN trong điều kiện ngập nước..............................................................................46
3.3. Kết quả nghiên cứu giải phóng KLN trong điều kiện xung có tích lũy...............50
3.3.1. Sự biến thiên pH và nồng độ các ion KLN trong quá trình phong hoá trên mô
hình bãi thải, quặng đuôi nghèo pyrtit trong điều kiện xung...................................50
3.3.2. Sự biến thiên nồng độ ion sunfat trong điều kiện xung.................................54
3.4. So sánh khả năng giải phóng KLN từ hai điều kiện phong hóa bãi thải, quặng đuôi
nghèo pyrit .................................................................................................................56
KẾT LUẬN..........................................................................................................................63
TÀI LIỆU THAM KHẢO....................................................................................................64


DANH MỤC CÁC BẢNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN....................................................1
Chương 1. TỔNG QUAN......................................................................................................3
1.1. Khoáng vật sunfua .................................................................................................3
1.1.1. Đặc điểm chung các khoáng vật sunfua [12]...................................................3
1.1.2. Quặng pyrit sắt................................................................................................4
1.2. Quá trình phong hóa quặng sunfua.........................................................................8
1.2.1. Phân loại quá trình phong hóa [ 4]..................................................................8
1.2.2. Quá trình oxy hóa các mỏ sunfua [12]..........................................................13
1.2.2.2. Quá trình oxy hóa quặng pyrit....................................................................14
1.3. Hiện trạng ô nhiễm và các tác động của KLN đến môi trường khu vực khai thác

quặng và vùng lân cận.................................................................................................16
1.3.1. Hiện trạng ô nhiễm kim loại nặng.................................................................16
1.3.1.1. Hiện trạng ô nhiễm tại một số điểm khai thác mỏ ở Việt Nam.................16
1.3.1.2. Hiện trạng ô nhiễm tại một số điểm khai thác mỏ trên thế giới.................18
1.3.2. Ảnh hưởng của kim loại nặng đến môi trường và cơ thể sống.....................20
1.3.3. Giới thiệu một số KLN và tác động của chúng đến môi trường và con người
.................................................................................................................................21
Chương 2. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU........................................29
2.1. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu........................................................................29
2.2. Phương pháp nghiên cứu......................................................................................29
2.2.1. Phương pháp kế thừa.....................................................................................29
2.2.2. Khảo sát thực địa...........................................................................................29
2.2.3. Nghiên cứu trong phòng thí nghiệm.............................................................30
2.3. Nội dung nghiên cứu............................................................................................31
2.3.1. Danh mục hoá chất, thiết bị cần thiết cho nghiên cứu...................................31
2.3.2. Nghiên cứu các ảnh hưởng đến khả năng cộng kết – hấp phụ các kim loại
nặng lên sắt (III) hydroxit........................................................................................32
2.3.3. Nghiên cứu quá trình phong hoá giải phóng KLN trong điều kiện ngập nước
có tích lũy................................................................................................................33


2.3.4. Nghiên cứu quá trình phong hoá giải phóng KLN trong điều kiện xung nước
có tích lũy................................................................................................................34
Chương 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN...........................................................................35
3.1. Quá trình kết tủa, cộng kết và hấp phụ của các KLN...........................................35
3.1.1. Quá trình oxi hóa- thủy phân và các dạng kết tủa của sắt.............................35
3.1.2. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ ion sắt(II) đến khả năng cố định một số kim
loại nặng Zn, Cu, Pb, As, Cd, Mn...........................................................................35
3.1.3. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của pH đến khả năng kết tủa hydroxit Fe(III) và
cộng kết một số kim loại nặng ................................................................................37

3.2. Kết quả nghiên cứu giải phóng KLN trong điều kiện ngập nước có tích lũy.......39
3.2.1. Sự biến thiên pH và nồng độ của các KLN trong quá trình phong hoá trên mô
hình các bãi thải, quặng đuôi nghèo pyrit................................................................39
3.2.2. Sự biến thiên nồng độ của ion sunfat (SO42-)..............................................44
3.2.3. Kết quả khảo sát các ảnh hưởng đến quá trình phong hoá giải phóng các
KLN trong điều kiện ngập nước..............................................................................46
3.3. Kết quả nghiên cứu giải phóng KLN trong điều kiện xung có tích lũy...............50
3.3.1. Sự biến thiên pH và nồng độ các ion KLN trong quá trình phong hoá trên mô
hình bãi thải, quặng đuôi nghèo pyrtit trong điều kiện xung...................................50
3.3.2. Sự biến thiên nồng độ ion sunfat trong điều kiện xung.................................54
3.4. So sánh khả năng giải phóng KLN từ hai điều kiện phong hóa bãi thải, quặng đuôi
nghèo pyrit .................................................................................................................56
KẾT LUẬN..........................................................................................................................63
TÀI LIỆU THAM KHẢO....................................................................................................64


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN....................................................1
Chương 1. TỔNG QUAN......................................................................................................3
1.1. Khoáng vật sunfua .................................................................................................3
1.1.1. Đặc điểm chung các khoáng vật sunfua [12]...................................................3
1.1.2. Quặng pyrit sắt................................................................................................4
1.2. Quá trình phong hóa quặng sunfua.........................................................................8
1.2.1. Phân loại quá trình phong hóa [ 4]..................................................................8
1.2.2. Quá trình oxy hóa các mỏ sunfua [12]..........................................................13
1.2.2.2. Quá trình oxy hóa quặng pyrit....................................................................14
1.3. Hiện trạng ô nhiễm và các tác động của KLN đến môi trường khu vực khai thác
quặng và vùng lân cận.................................................................................................16
1.3.1. Hiện trạng ô nhiễm kim loại nặng.................................................................16
1.3.1.1. Hiện trạng ô nhiễm tại một số điểm khai thác mỏ ở Việt Nam.................16

1.3.1.2. Hiện trạng ô nhiễm tại một số điểm khai thác mỏ trên thế giới.................18
1.3.2. Ảnh hưởng của kim loại nặng đến môi trường và cơ thể sống.....................20
1.3.3. Giới thiệu một số KLN và tác động của chúng đến môi trường và con người
.................................................................................................................................21
Chương 2. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU........................................29
2.1. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu........................................................................29
2.2. Phương pháp nghiên cứu......................................................................................29
2.2.1. Phương pháp kế thừa.....................................................................................29
2.2.2. Khảo sát thực địa...........................................................................................29
2.2.3. Nghiên cứu trong phòng thí nghiệm.............................................................30
2.3. Nội dung nghiên cứu............................................................................................31
2.3.1. Danh mục hoá chất, thiết bị cần thiết cho nghiên cứu...................................31
2.3.2. Nghiên cứu các ảnh hưởng đến khả năng cộng kết – hấp phụ các kim loại
nặng lên sắt (III) hydroxit........................................................................................32


2.3.3. Nghiên cứu quá trình phong hoá giải phóng KLN trong điều kiện ngập nước
có tích lũy................................................................................................................33
2.3.4. Nghiên cứu quá trình phong hoá giải phóng KLN trong điều kiện xung nước
có tích lũy................................................................................................................34
Chương 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN...........................................................................35
3.1. Quá trình kết tủa, cộng kết và hấp phụ của các KLN...........................................35
3.1.1. Quá trình oxi hóa- thủy phân và các dạng kết tủa của sắt.............................35
3.1.2. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ ion sắt(II) đến khả năng cố định một số kim
loại nặng Zn, Cu, Pb, As, Cd, Mn...........................................................................35
3.1.3. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của pH đến khả năng kết tủa hydroxit Fe(III) và
cộng kết một số kim loại nặng ................................................................................37
3.2. Kết quả nghiên cứu giải phóng KLN trong điều kiện ngập nước có tích lũy.......39
3.2.1. Sự biến thiên pH và nồng độ của các KLN trong quá trình phong hoá trên mô
hình các bãi thải, quặng đuôi nghèo pyrit................................................................39

3.2.2. Sự biến thiên nồng độ của ion sunfat (SO42-)..............................................44
3.2.3. Kết quả khảo sát các ảnh hưởng đến quá trình phong hoá giải phóng các
KLN trong điều kiện ngập nước..............................................................................46
3.3. Kết quả nghiên cứu giải phóng KLN trong điều kiện xung có tích lũy...............50
3.3.1. Sự biến thiên pH và nồng độ các ion KLN trong quá trình phong hoá trên mô
hình bãi thải, quặng đuôi nghèo pyrtit trong điều kiện xung...................................50
3.3.2. Sự biến thiên nồng độ ion sunfat trong điều kiện xung.................................54
3.4. So sánh khả năng giải phóng KLN từ hai điều kiện phong hóa bãi thải, quặng đuôi
nghèo pyrit .................................................................................................................56
KẾT LUẬN..........................................................................................................................63
TÀI LIỆU THAM KHẢO....................................................................................................64



MỞ ĐẦU

Việt nam là quốc gia có tiềm năng về khai thác khoáng sản với khoảng
5000 mỏ quặng và 60 loại khoáng sản khác nhau. Tuy nhiên, việc khai thác còn
nhiều bất cập do trình độ quản lý, ý thức con người, công nghệ khai thác non
kém và lạc hậu nên đã để lại những hệ lụy xấu cho môi trường. Đa số các mỏ
khai thác hiện nay là bán thủ công, chỉ lấy các phần quặng giàu, bỏ đi toàn bộ các
phần quặng nghèo và khoáng sản đi cùng. Đây là nguyên nhân chính làm ô
nhiễm nghiêm trọng môi trường tự nhiên và hệ sinh thái, mà điển hình là khu vực
quanh bãi chứa đất đá thải và quặng đuôi- một lượng chất thải rắn khổng lồ đã
mang theo nhiều các kim loại nặng (KLN), dòng thải lỏng mang tính axit và các
tác nhân hóa học thải vào môi trường.
Trong các KLN, chỉ có một số nguyên tố là cần thiết cho các sinh vật ở
một ngưỡng nồng độ tới hạn nào đấy như Cu, Zn, Mn, Mo…; còn đa số với đặc
tính bền vững trong môi trường đều có khả năng gây độc ở liều lượng thấp và
tích lũy lâu dài trong chuỗi thức ăn. Tuy nhiên khả năng gây độc của các KLN

hoàn toàn phụ thuộc vào trạng thái tồn tại của chúng.
Nhiều nước trên thế giới như Đức, Anh, Pháp đã thành lập các bản đồ địa
hóa các nguyên tố độc hại trên diện tích đã khai thác mỏ, có tập trung đông dân,
chăn nuôi và trồng trọt hoa màu, cây ăn quả. Ở Việt Nam các nghiên cứu về vấn
đề này hầu như chưa có, nhưng bằng chứng về các tác động xấu tới sức khỏe con
người, hủy diệt và làm suy thoái hệ sinh thái khu vực thì quá nhiều. Một trong
những điểm “ nóng ” về ô nhiễm môi trường do khai thác quặng là sự kiện “làng
ung thư Thạch Sơn” (Giáp lai, Thanh Sơn, Phú Thọ) [6,15]. Ngoài tác động đến
sức khỏe con người do ô nhiễm từ khai thác và chế biến khoáng sản, còn phát
hiện thấy sự tồn lưu của các KLN trong sản phẩm chè trồng tại vùng mỏ thiếc
huyện Đại Từ, tỉnh Thái Nguyên [16], ... Môi trường nhiều điểm như mỏ kẽm,
chì Làng Hích (Thái Nguyên), mỏ đồng Sinh Quyền (Lào Cai), khai trường của
các nhà máy xi măng Bút Sơn, Bỉm Sơn, Tam Điệp đều bị ô nhiễm nặng nề.

1


Nồng độ các KLN như đồng, chì, kẽm, sắt… trong các nguồn nước tiếp nhận ở
xung quanh nhiều điểm mỏ đều cao hơn mức cho phép nhiều lần (từ 1,5 đến 7
lần) [1]. Ngoài ra, một số khu vực có khả năng hình thành dòng thải axit mỏ
trong khai thác quặng sunfua do chất độc tồn dư trong quặng thải [5].
Chính vì vậy, đề tài “Nghiên cứu khả năng giải phóng một số kim loại
nặng từ các bãi thải, quặng đuôi nghèo pyrit (FeS 2)” đã được lựa chọn nhằm
mục đích:
- Nghiên cứu khả năng phong hóa giải phóng KLN từ quặng đuôi nghèo
FeS2 ra môi trường trong điều kiện ngập nước và xung (thấm từng đợt) nước.
- Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phong hóa và các quá
trình tương tác biến đổi cũng như chuyển hóa các sản phẩm sau phong hóa.
Trên cơ sở đó đề xuất biện pháp quản lý để giảm thiểu tác động của việc
khai thác khoáng đến môi trường, hệ sinh thái nói chung và sức khỏe con người

nói riêng.

2


Chương 1. TỔNG QUAN
1.1. Khoáng vật sunfua
1.1.1. Đặc điểm chung các khoáng vật sunfua [12]
Hiện nay, số lượng các khoáng vật sunfua và các hợp chất tương tự được
tìm thấy lên tới 350 loại. Theo tính toán của Vernadsky, chúng chiếm 0,15%
trọng lượng toàn bộ vỏ Trái đất. Các kim loại đặc trưng trong khoáng sunfua là
Fe, Cu, Pb, Zn, Sb, Ag, Bi, Co, Ni, trong đó Fe thường chiếm tỷ trọng lớn.
Một số các kim loại trong sunfua thường có số phối trí là 6, như Fe trong
khoáng vật pyrotin Fe1-nS; một số khác có số phối trí 3 như Pb trong galenit PbS
hay As, Sb, Bi cũng thường có số phối trí 3; Hg, Cu, Ag có số phối trí 4, đôi khi
có số phối trí 2 (trong trường hợp này sẽ tạo nên mạch xoắn). Trong sunfua tồn
tại liên kết cộng hoá trị - phân tử, các nguyên tố thường có cùng số phối trí, ví dụ
trong realgar (As4S4)
Sunfua có thể là những hợp chất đơn giản, nhưng cũng có thể tạo thành
hợp chất kép hoặc những hợp chất chứa nhiều nguyên tố khác nhau gọi là sulfo –
muối như một số khoáng vật sunfua dưới đây:
Sunfua kép

Sulfo – muối

Covelin Cu2S.CuS2

Pyrargyrit Ag3SbS3

Chalcopyrit Cu2S.Fe2S3

Burnonit PbCuSbS3

Trong một số sunfua, lưu huỳnh bị mất đi khi nung nóng như pyrit (FeS 2),
arsenopyrit (FeAsS). Vernadsky coi những khoáng vật này là các hợp chất của
H2S2.
Đa số khoáng vật sunfua đều kết tinh ở các hệ tinh thể hạng cao, trừ một
số khoáng vật và sulfo – muối kết tinh ở các hệ tinh thể hạng thấp. Khoáng vật
sunfua thường có dạng tinh thể đẹp, đặc biệt là sunfua và disunfua của sắt, niken,
coban, kẽm và chì. Các loại sulfo - muối và sunfua của nguyên tố bán kim loại
thường có dạng tập hợp hạt, sợi, vảy. Các sunfua thường gặp đa phần là các loại
song tinh đa hợp, liên tinh song song, liên tinh của các khoáng vật khác nhau như
liên tinh của pyrit – marcasit, tetrahedrit – sphalerit, tetrahedrit – chalcopyrit.

3


Hầu hết khoáng vật sunfua có màu và đó là đặc điểm để xác định khoáng
vật. Các sunfua coban, niken (ít Fe) có màu trắng bạc hoặc xám trắng. Sunfua sắt
(ít Cu) có màu vàng. Sunfua bạc, chì có màu xám chì. Sunfua thuỷ ngân có màu
đỏ đặc trưng. Trong thành phần khoáng vật sunfua nếu có Cu 2+ thì có màu xanh,
tím đỏ…
Khoáng vật sunfua thường không trong suốt. Tuy nhiên vẫn có khoáng vật
trong suốt, nhưng chiếm lượng không đáng kể như sphelarit, cinabar, realgar,
auripigment… Đa số khoáng vật sunfua có liên kết cộng hoá trị – kim loại có ánh
kim, tính dẫn điện cao, có tính bán dẫn. Sunfua có cấu trúc lớp, cấu trúc dải có độ
cứng thấp từ 1 – 2,5. Sunfua đơn với cấu trúc phối trí có độ cứng trung bình từ 2 – 4.
Còn disunfua và hợp chất tương tự có độ cứng từ 6 – 6,5. Sunfua đơn với mối
liên kết cộng hoá trị, cấu trúc phối trí (sphalerit), cấu trúc mạch (cinabar), mối
liên kết phân tử, cấu trúc lớp (auripigment), mối liên kết phân tử, cấu trúc đảo

(realgar) và cấu trúc đảo (proustit) có ánh kim cương, bán trong suốt, có màu rực
rỡ, tính giòn cao, độ cứng từ thấp đến trung bình. Đa số khoáng vật có tỉ trọng
cao (tới 8,5), trừ sunfua của arsen.
Sunfua chủ yếu có nguồn gốc nhiệt dịch. Điều này chứng tỏ các KLN
được di chuyển dưới dạng các chất bốc. Khi nhiệt độ và áp suất hạ thấp thì chúng
tạo nên nhiệt dịch từ đó kết tinh sunfua. Thực nghiệm đã chứng minh các KLN di
chuyển dưới dạng hợp chất phức tạp với Cl, F, Br… Ngoài ra, sunfua còn được
thành tạo trong quá trình magma, đôi khi trong điều kiện ngoại sinh, trong đới
làm giàu sunfua thứ sinh và trong trầm tích. Sunfua còn có mặt trong thiên thạch
và đá Mặt Trăng. Trong điều kiện trên mặt đất, sunfua và các hợp chất tương tự
của chúng không bền vững và dễ bị phá huỷ.
1.1.2. Quặng pyrit sắt
1.1.2.1. Giới thiệu
Pyrit hay pyrit sắt là khoáng vật disunfua sắt với công thức hóa học FeS 2.
pyrit là khoáng vật phổ biến nhất trong các khoáng vật sunfua và thường có
mwatj nhiều trong các khoáng vật sunfua. Pyrit có ánh kim và sắc vàng đồng từ

4


nhạt tới thông thường của khoáng vật này đã tạo nên tên hiệu riêng của nó là
“vàng của kẻ ngốc” do nó trông tương tự như vàng. Pyrit là khoáng vật phổ biến
nhất trong các khoáng vật sulfua. Tên gọi pyrit bắt nguồn từ tiếng Hy Lạp
πυρίτης (puritēs) nghĩa là “của lửa” hay "trong lửa”, từ πύρ (pur) nghĩa là “lửa”.
Tên gọi này có lẽ là do các tia lửa được tạo ra khi pyrit va đập vào thép hay đá
lửa. Tính chất này làm cho pyrit trở thành phổ biến trong sử dụng để làm cơ chế
đánh lửa bằng bánh xe trong các dạng súng cổ.
Pyrit được tạo thành trong các quá trình địa chất khác nhau: magma, nhiệt
dịch, trầm tích, biến chất. Trong đới oxy hóa, pyrit không bền vững, biến đổi
thành limonit. Trong trường hợp này, lưu huỳnh tham gia vào sự tạo thành thạch

cao và các sulfua. Thường hay gặp giả hình của limonit theo pyrit. Những mũ sắt
của những mỏ quặng thường được tạo thành do phá hủy sulfua, chủ yếu là pyrit.
Pyrit thông thường được tìm thấy ở dạng gắn liền với các sulfua hay ôxít
khác trong các mạch thạch anh, đá trầm tích, đá biến chất cũng như trong các
tầng than, và trong vai trò của khoáng vật thay thế trong các hóa thạch. Mặc dù
có tên hiệu là “vàng của kẻ ngốc”, nhưng một lượng nhỏ vàng đôi khi cũng được
tìm thấy trong quặng chứa khoáng vật này. Vàng và asen xuất hiện như là sự thay
thế đi kèm nhau trong cấu trúc pyrit. Tại khu trầm tích vàng ở Carlin, Nevada,
pyrit asen chứa tới 0,37 % theo trọng lượng là vàng [4]. Pyrit chứa vàng là loại
quặng vàng có giá trị.
Trong thực tế, pyrit hay bị nhầm lẫn với khoáng vật marcasit (mà tên gọi
của nó có nguồn gốc từ tiếng Ả Rập để chỉ pyrit), do các đặc trưng tương tự của
chúng. Marcasit là dạng đa hình của pyrit, nghĩa là nó có cùng một công thức
như pyrit nhưng khác về cấu trúc và vì thế khác biệt về hình dáng tinh thể và tính
đối xứng. Tuy nhiên, trạng thái ôxi hóa hình thức là giống như trong pyrit do các
nguyên tử lưu huỳnh xuất hiện trong các cặp tương tự như persulfua [7].
Marcasit/pyrit có lẽ là cặp đa hình phổ biến bậc nhất chỉ sau cặp kim
cương/graphit (than chì). Bề ngoài của marcasit có ánh bạc nhiều hơn pyrit một
chút.

5


Pyrit thông thường cũng được dùng trong nghề kim hoàn mỹ nghệ để làm
các chuỗi hạt hay vòng đeo tay [các viên đá nhỏ được đánh bóng và tạo mặt,
được dát vào bạc thật (100%) hay bạc sterling (chứa 92,5% bạc và 7,5% kim loại
khác)].
1.1.2.2. Thành phần hóa học, cấu trúc và đặc tính vật lý
Thành phần hóa học của pyrit có thể dao động, nhưng thông thường là: Fe
– 46,6%; S – 53,4%. Pyrit thường chứa các tạp chất đồng hình As, Co, Ni, đôi

khi Au, Ag, Cu tồn tại ở dạng phi bào thể. Cấu trúc tinh thể kiểu NaCl, trong đó
vị trí của nguyên tử clo được thay thế bằng (S 2)2-, phân bố dọc theo trục bậc 3,
còn ion Fe(II) ở tâm của hình 8 mặt. Pyrit thường có dạng hạt, dạng khối đặc sít.
Trong thực tế, pyrit thường xuất hiện dưới dạng các khối lập phương, có
mặt như là các tinh thể đẳng cực. Các mặt của lập phương có thể có sọc (các
đường song song trên mặt tinh thể hay mặt cát khai), do kết quả của sự xen kẽ
các khối lập phương với các mặt diện pyrit. Pyrit cũng hay xuất hiện dưới dạng
các tinh thể bát diện và dạng diện pyrit (hình thập nhị diện với các mặt ngũ giác);
Nó có mặt gãy hơi không đều và concoit, ánh kim, hệ số phản xạ 53%, độ cứng
Mohs khoảng 6–6,5, tỷ trọng riêng khoảng 4,95–5,10 [2]. Pyrit giòn và có thể
nhận dạng trên thực địa do có mùi đặc trưng để phân biệt, được giải phóng ra khi
mẫu vật bị tán nhỏ; Không hòa tan trong HCl, hòa tan trong HNO 3 và ở dạng bột
dễ bị hòa tan hơn dạng cục.
1.1.2.3. Một số mỏ pyrit sắt ở Việt Nam
Pyrit là nguyên liệu cơ bản để lấy lưu huỳnh trong sản xuất axit sunfuric
cần cho nhiều ngành công nghiệp, trong đó ngành sản xuất phân lân chiếm một
lượng lớn. Ngoài việc điều chế axit sulfuric, xỉ từ quặng pyrit còn có thể sử dụng
như quặng sắt nếu hàm lượng Fe đạt đến 60 ÷ 62% dưới dạng Fe 2O3; tức là 100
kg pyrit sau khi đốt cháy phải cho khoảng 68-73 kg xỉ. Xỉ pyrit cũng còn dùng để
điều chế muối sunfat và clorua sử dụng cho ngâm gỗ (thanh tà vẹt đường sắt)
hoặc sử dụng như một chất hấp phụ cho xử lý dòng thải khí từ các lò hơi.

6


Ở Việt Nam có các mỏ quặng pyrit tiêu biểu là [11]:
Mỏ pyrit Giáp Lai
Mỏ pyrit Giáp Lai thuộc xã Giáp Lai, huyện Thanh Sơn, tỉnh Phú Thọ, đã
được đoàn địa chất 25 (cũ) tiến hành tìm kiếm thăm dò năm 1962. Trong những
năm 1970 đến đầu 1990, mỏ đã được đưa vào khai thác quặng cung cấp cho nhà

máy supephotphat Lâm Thao. Hiện tại, mỏ đã ngừng khai thác và tạo nên các hồ
nhân tạo. Sự hình thành các hồ nhân tạo đã gây ảnh hưởng đến môi trường đất và
nước trong vùng; Mỏ pyrit Giáp Lai có nguồn gốc thành tạo nhiệt dịch nhiệt độ
trung bình. Thân quặng pyrit trong khu mỏ có dạng mạch nằm trong đá hoa
đolomit và đá hoa tremolit màu trắng, màu trắng xám tuổi Proterozoi. Nhìn
chung các thân quặng có hình dáng phức tạp, dạng mạch, chùm mạch, thấu kình
nằm gần song song với nhau và trùng với phương của đá vây quanh. Một số thân
lộ ra trên mặt, một số thân ẩn sâu, phân bố trên chiều dài 1.100m, rộng 180m.
càng xuống sâu và ra hai đầu mút, chiều dài thân quặng giảm, quặng xâm tán
thưa và hàm lượng lưu huỳnh thấp.
Ở mỏ pyrit Giáp lai, khoáng vật chủ yếu là pyrit, ít pryrotin, sphalerit và
chalcopyrit. Quặng pyrit với thành phần chính là khoáng vật pyrit xâm nhiễm
trong đá hoa cứng rắn, phần lớn có hàm lượng S < 30% (một số ít là quặng giầu
dạng khối đặc xít có hàm lượng S > 30%).
Thành phần có ích trong khoáng vật ở đây là lưu huỳnh, hàm lượng trung
bình của S trong quặng ở vào khoảng 24 ÷ 25%. Thành phần gây nguy hại là As,
F...; hàm lượng As trung bình thường nhỏ hơn 0,1%, hàm lượng Zn trong khoảng
0,01 ÷ 0,05%.
Tụ khoáng Ba Trại
Tụ khoáng Ba Trại thuộc xã Ba Trại, huyện Ba Vì, tỉnh Hà Tây (cũ) nằm
trong đá trầm tích - phun trào của hệ tầng Viên Nam (T1vn) gồm bazan komatit
được coi là phần thấp nhất; bazan chiếm chủ yếu ở phần giữa và phần trên là
bazan trachyt, felsit. Tụ khoáng có thân quặng chính dài 1000 m, dày 2-3 m chứa
quặng pyrit đặc với hàm lượng lưu huỳnh ở vào khoảng 20,77%. Các thân quặng
dạng lớp trong đá phun trào dài 800-2600 m, rộng 40-70 m và dày từ 0,6-9,3m.

7


Tụ khoáng Bản Giôn

Tụ khoáng Bản Giôn thuộc xã Thượng Long, huyện Phú lộc, tỉnh Thừa
Thiên Huế, được điều tra vào năm 1981-1982 và thăm dò vào năm 1984-1988.
Quặng nằm trong các đá phun trào dacit-ryolit, đá hoa, cát kết dạng quarzit của
hệ tầng A Vương (ε- O av). Tụ khoáng có hai loại quặng: eluvi-deluvi và quặng
gốc. Năm 1984, chùm thân quặng số 4 được thăm dò tỉ mỉ. Pyrit trong các lớp
eluvi- deluvi nằm gần song song với nhau, theo thứ tự từ trên xuống gồm các
thân 4, 4a, 4b, 4c. Tụ khoáng có 20 thân quặng gốc, trong đó có 4 thân chứa
asenopyrit. Hàm lượng quặng giàu đạt tới 20 %, xâm tán trong đá hoa là 5-6 %.
Khoáng vật quặng chủ yếu là pyrit, pyrotin, arsenopyrit; Trong pyrit chứa hàm lượng
Au 0,2-1,8 g/t và Ag 1-24,4 g/t.
Ngoài ra, quặng pyrit còn được biết trong các tụ khoáng ở Chợ Đồn, Chợ Điền
(Bắc Cạn), Tòng Bá (Hà Giang) và tụ khoáng Đồng sinh quyền ở Lào Cai, ...
1.2. Quá trình phong hóa quặng sunfua
Dưới sự tác động của nước, các chất khí như O 2, CO2… và nguồn năng
lượng bức xạ mặt trời, các khoáng vật và đá lộ ra ở phía ngoài cùng của vỏ Trái
Đất bị phá hủy. Quá trình phá hủy khoáng vật và đá theo kiểu này được gọi là
phong hóa.
Có 3 loại phong hoá đá và khoáng vật là phong hoá vật lý, phong hoá hoá
học và phong hoá sinh học. Sự phân chia này chỉ là tương đối vì trong thực tế các
yếu tố ngoại cảnh đồng thời tác động lên đá và khoáng vật, do vậy 3 loại phong
hoá đồng thời cùng diễn ra. Các quá trình phong hoá liên quan mật thiết và hỗ trợ
cho nhau, tuỳ điều kiện cụ thể mà một trong 3 quá trình xảy ra mạnh hơn.
1.2.1. Phân loại quá trình phong hóa [ 4]
1.2.1.1. Phong hóa vật lý
Phong hoá vật lý là sự vỡ vụn của các loại đá thành các hạt cơ giới có kích
thước khác nhau nhưng chưa có sự thay đổi về thành phần khoáng vật, thành
phần hoá học của các đá ban đầu. Phong hoá vật lý bao gồm những dạng sau:

8

* Phong hoá nhiệt
Nguyên nhân gây nên việc phá vỡ khoáng vật và đá là do sự thay đổi của
nhiệt độ, áp suất và sự tác động của các hoạt động địa chất ngoại lực như nước
chảy, gió thổi xảy ra trên bề mặt vỏ Trái Ðất. Sự thay đổi nhiệt độ làm cho các
khoáng vật có trong đá bị giãn nở không đều dẫn đến kết quả đá bị vỡ ra. Các
khoáng vật khác nhau có hệ số giãn nở rất khác nhau. Một loại đá được cấu tạo
bởi nhiều khoáng vật khác nhau, do đó nhiệt độ thay đổi các khoáng vật co giãn
không giống nhau làm đá bị vỡ vụn. Như vậy thành phần khoáng vật của đá càng
nhiều thì đá càng dễ bị vỡ vụn. Những đá cấu tạo bởi một loại khoáng vật (đá
đơn khoáng) cũng bị vỡ do hệ số nở dài theo các phương khác nhau. Sự chênh
lệch nhiệt độ giữa ngày và đêm, giữa các mùa trong năm càng lớn thì phong hoá
vật lý diễn ra càng mạnh. Ví dụ, vùng sa mạc thường có sự chênh lệch nhiệt độ
giữa ngày và đêm lớn nên vào ban đêm có thể nghe được tiếng nổ vỡ của đá
trong vùng. Trong đá thường có các lỗ hổng và các vết nứt nguyên sinh chứa đầy
khí hay nước. Khi nhiệt độ xuống thấp dưới OoC, nước ở thể lỏng chuyển thành
thể rắn (nước đóng băng) làm tăng thể tích tạo áp suất lớn có khi tới hàng ngàn
atmotphe lên thành khe nứt làm cho đá bị vỡ ra.
* Phong hoá cơ học
Do muối khoáng kết tinh xuất hiện cùng với quá trình vận chuyển nước
lên mặt đất; nước trên bề mặt bốc hơi gây ra sự vận chuyển nước mao quản lên
mặt đất. Trong quá trình này, nước mao dẫn hoà tan các muối khoáng và đưa lên
trên bề mặt. Tại đây, nước có chứa muối khoáng lại tiếp tục bốc hơi đồng thời
muối khoáng bị kết tinh. Trong quá trình kết tinh, thành mao dẫn phải chịu một
áp lực lớn khiến cho bề mặt nham thạch bị rạn nứt gây ra giãn nở phá vỡ nham
thạch.
* Phong hoá cơ học do sinh vật
Trong quá trình sống, các sinh vật đặc biệt là hệ thống rễ thực vật có khả
năng xuyên vào các khe, kẽ nứt của đá. Các rễ cây phát triển dần làm kẽ nứt ngày
càng rộng, gây nứt vỡ đất đá.

9


Các mảnh vụn sinh ra có thể di chuyển đi nơi khác theo dòng nước chảy
hoặc gió thổi sẽ phá huỷ các đá trên đường di chuyển của chúng. Phong hoá vật
lý có tính chất tiên phong, tạo điều kiện thuận lợi cho phong hoá hoá học và sinh
học.
1.2.1.2. Phong hóa hóa học
Trong quá trình phong hóa tự nhiên, nhờ tác dụng phá vỡ, chia nhỏ đất đá
và nham thạch của các tác nhân vật lý ở quá trình phong hóa vật lý xảy ra trước
đó đã làm cho diện tích tiếp xúc của đá với môi trường tăng lên đáng kể. Vì vậy
các quá trình phong hóa hóa học xảy ra sau đó gặp thuận lợi hơn rất nhiều.
Khác với phong hóa vật lý, quá trình phong hóa hóa học do tác dụng của
các tác nhân hóa học không chỉ làm cho đá vỡ vụn mà còn có thể làm cho thành
phần hóa học của khoáng vật và đá thay đổi. Các yếu tố như H 2O, O2, CO2, … tác
động lên khoáng vật và đá làm cho chúng bị phá hủy, thay đổi về hình dạng, kích
thước, thành phần và tính chất hóa học. Có thể nói, phong hóa hóa học chính là
các phản ứng hóa học diễn ra do sự tác động của H 2O, O2, CO2 lên đá và khoáng
vật. Phong hóa hóa học được chia thành 4 quá trình chính là oxy hóa, hydrat hóa,
hòa tan và sét hóa.
* Quá trình hòa tan
Xảy ra do nước có thể hòa tan nhiều loại khoáng chất, đất đá và nham
thạch. Theo một số nghiên cứu, quá trình hòa tan phụ thuộc nhiều vào thành phần
của nham thạch và các khoáng vật. Đối với các khoáng vật có chứa các muối dễ bị
hòa tan như muối clorua, muối sunfat của các cation kim loại kiềm thì khả năng
hòa tan của các khoáng vật trong nước là rất lớn. Nhưng đối với một số loại nham
thạch khác như đá vôi và quặng đôlômit thì tốc độ hòa tan của chúng trong nước
nhỏ hơn. Nếu trong nước chứa nhiều CO 2 thì tốc độ hòa tan của các muối trong
khoáng sẽ nhanh hơn rất nhiều. Đặc biệt là các khoáng cacbonat và muối mỏ.

Ví dụ, CaCO3 (đá vôi) bị hòa tan như sau:
CaCO3+ H2O+ CO2 → Ca(HCO3)
Các khoáng vật và đá bị hòa tan tạo thành các dung dịch thật.

10


* Quá trình hydrat hóa
Đây là quá trình nước tham gia vào mạng lưới tinh thể của khoáng vật, mà
thực chất là quá trình nước kết hợp với khoáng vật làm thay đổi thành phần hóa
học của khoáng vật (biến các khoáng vật thành dạng hydrat). Các hydrat được
hình thành sau quá trình hydrat hóa thường có độ cứng thấp hơn và thể tích lớn
hơn so với quặng hoặc khoáng ở trạng thái bình thường. Vì thế chúng rất rễ bị
phá vỡ thành các mảnh vụn nhỏ hơn. Ví dụ:
CaSO4 → CaSO4.2H2O ;

Fe2O3 → Fe2O3.nH2O

anhydri

hematit

thạch cao

limonit

* Quá trình oxy hóa
Quá trình oxyhóa phụ thuộc chặt chẽ vào sự xâm nhập của O 2 tự do trong
không khí và O2 hòa tan trong nước. Quá trình oxy hóa làm cho khoáng vật và đá
bị biến đổi về thành phần hóa học. Do trong khoáng vật, đá và quặng thường

chứa các ion có mức oxy hóa thấp như Fe(II), Mn(II), Cu(I)... nên khi gặp môi
trường oxy hóa chúng dễ dàng chuyển thành các dạng có mức oxy hóa cao hơn.
Trong quá trình đó có thể gây ra những biến đổi về thành phần của quặng,
khoáng, đất, đá dần dần hình thành nên một số các dạng mới bền vững hơn trong
môi trường phản ứng. Các khoáng vật có chứa Fe(II) khi tiếp xúc với oxy không
khí thường bị oxy hóa chuyển thành Fe(III) gây ra những thay đổi về thành phần
của quặng. Trong môi trường oxy hóa, ví dụ như quặng Fe 2SiO4 có thể bị oxy
hóa thành Fe2O3 và khoáng vật FeS 2 có rất nhiều trong các loại đá magma, đá
biến chất, trầm tích và than đá khi bị phong hóa cũng tạo ra sản phẩm cuối cùng
là sắt (III) oxit.
Nghiên cứu của M.A.Armienta về sự phong hóa của các đá chứa asen như
asenopyrit, scorodit và pyrit chỉ ra rằng quá trình oxy hóa phong hóa hòa tan
asenopyrit và pyrit xảy ra theo phản ứng sau:
2FeAsS + 13O2 + 3 H2O → 2Fe2+ + 2SO42- +2H3AsO4 logK=198,17
2FeS2 + 7O2 + 2H2O → 2Fe2+ + 4SO42- +4H+

11

logK=198,17


* Quá trình sét hóa
Các khoáng vật silicat, nhôm silicat do tác động của H2O, CO2 sẽ bị biến
đổi tạo thành các khoáng sét (keo sét). Các nguyên tố kiềm và kiềm thổ trong
khoáng vật bị proton (H+) chiếm chỗ trong mạng lưới tinh thể được tách ra dưới
dạng hòa tan. Như vậy, thực chất của quá trình sét hóa là quá trình hòa tan,
hydrat hóa chuyển các khoáng vật silicat, nhôm silicat thành các khoáng vật thứ
sinh, các muối và oxit.
Ví dụ:
K2Al2Si6O16 + H2O + CO2→ H2Al2Si2O8.2H2O + K2CO3 + SiO2.nH2O

Fenspatkal (orthoclaz)

kaolini

opan

1.2.1.3. Phong hóa sinh học
Hoạt động của các sinh vật bậc thấp và bậc cao cũng tham gia phá hủy các
khoáng vật và đá. Rễ cây xuyên vào các khe nứt hút nước và các chất khoáng,
theo thời gian, rễ to dần sẽ phá vỡ đá. Mặt khác rễ cây tiết ra H 2O và CO2 tạo axit
H2CO3 để hòa tan đá và khoáng vật. Khi chết, xác sinh vật bị phân hủy sinh ra
các axit hữu cơ góp phần hòa tan các khoáng vật và đá.
Do vậy, bản chất của phong hóa sinh học là phong hóa vật lý và hóa học
do sự tác động của sinh vật lên khoáng vật và đá. Cũng trong quá trình này, mẫu
chất được tích lũy chất hữu cơ do xác sinh vật để lại sau khi chết, làm cho mẫu
chất xuất hiện những thuộc tính mới gọi chung là độ phì và mẫu chất biến đổi
thành đất. Nhà khoa học nổi tiếng người Nga Vecnatxki cho rằng: “hoạt động
hóa học của vỏ Trái Đất, gần 99% có liên quan tới quá trình sinh hóa học”.
Cũng với các quá trình như vậy, pyrit bị lộ thiên ra ngoài không khí trong
quá trình khai thác mỏ và khai quật sẽ phản ứng với ôxy và nước để tạo thành
sunfat, gây ra sự thoát nước mỏ axít. Quá trình axit hóa này còn được tạo ra từ
phản ứng của vi khuẩn chi acidithiobacillus; Các vi khuẩn này tìm kiếm nguồn
năng lượng của chúng bằng cách oxyhóa các ion Fe(II) thành các ion Fe(III) với
việc sử dụng oxy như là tác nhân oxyhóa. Các ion sắt III, đến lượt mình, lại tấn

12


công pyrit để sinh ra ion sắt II và sunfat. Sắt hóa trị 2 lại bị oxyhóa tạo ra sắt hóa
trị 3 và chu trình này tiếp diễn cho đến khi pyrit cạn kiệt.

1.2.2. Quá trình oxy hóa các mỏ sunfua [12]
1.2.2.1. Khái quát chung
Tác nhân chủ yếu gây ra biến đổi biểu sinh các sunfua là O 2, CO2 và H2O.
Khí quyển có thành phần trung bình gồm 78,08% N 2; 20,95% O2 và 0,04% CO2;
nhưng thành phần khí hoà tan trong nước mưa thì khác – N 2 chỉ chiếm 60%, 30%
là O2 và 10% còn lại là CO2. Trên đường đi từ mặt đất qua lớp thổ nhưỡng
xuống sâu hơn, nước mưa ngày càng giàu CO2 do hoà tan lượng CO2 sinh ra từ
các chất hữu cơ bị phân huỷ. Vì vậy, vai trò của CO 2 không kém phần quan trọng
so với O2 và H2O là tác nhân phong hoá không thể thiếu được. Quá trình biểu
sinh các mỏ sunfua thực chất là quá trình oxi hoá.
So với các khoáng vật tạo đá thì các khoáng vật sunfua trong đới biểu sinh
bị biến đổi mạnh mẽ hơn, hoàn toàn hơn và các nguyên tố tạo quặng được giải
phóng ra nhiều hơn. Sở dĩ các sunfua rất dễ bị biến đổi là vì lưu huỳnh ở dạng
khử (S-2) trong các hợp chất này dễ dàng bị oxi hoá lên mức (+6) ở dạng SO 42theo phản ứng sau:
S2- + 4H2O → SO42- + 8H+ + 8e (E0 = 0,16V)
Trong điều kiện trên mặt đất, sunfua và các hợp chất tương tự của chúng
không bền vững và dễ bị phá huỷ. Trong quá trình oxi hoá, chúng chủ yếu được
chuyển thành sunfat dễ hoà tan; Từ đó, tạo thành nên một loạt khoáng vật thứ
sinh: oxit, cacbonat, sunfat, arsenat, silicat và các kim loại tự sinh.
Trong quá trình oxyhóa quặng sunfua xảy ra quá trình phân dị kim loại, vì
các kim loại tạo thành các sunfat khó tan sẽ bị giữ lại trong đới oxyhóa lâu hơn
so với các kim loại tạo hợp chất sunfat dễ tan.Hướng chung của quá trình phong
hoá khoáng vật sunfua là dẫn tới giải phóng lưu huỳnh. Do đó, trong các mỏ
sunfua thấy có sự phân đới rõ ràng - bắt đầu từ đới oxi hoá:
RS + 2O2

→

RSO4

13

R – kim loại


Ở phần dưới đới oxi hoá, do H 2SO4 và một số muối hoà tan tác dụng với
đá vây quanh, tạo nên một loạt khoáng vật mới và kim loại tự sinh. Phổ biến hơn
cả là các phản ứng sau:
2CuSO4 + 2CaCO3 + 5H2O → Cu2(OH)2[CO3] + 2Ca[SO4]2H2O + CO2
Malachit
CuSO4 + 2FeSO4

Thạch cao

→ Fe2(SO4)3 + Cu

ZnSO4 + CaCO3 + 2H2O → Zn[CO3] + Ca[SO4]2H2O
Smisthonit

Thạch cao

Ag2SO4 + 2FeSO4 → Fe2(SO4)3 + 2Ag
Các dung dịch H2SO4 và RSO4 thấm sâu xuống đến đới quặng nguyên sinh
(thấp hơn mực nước ngầm), ở đây sẽ xuất hiện H 2S và chúng sẽ tác dụng với
quặng nguyên sinh để tạo sunfua thứ sinh. Phản ứng chung của quá trình thành
tạo sunfua thứ sinh có thể viết như sau:
MSO4 + RS → RSO4 + MS (R, M là kim loại)
Ví dụ:
14CuSO4 + 5FeS2 + 12H2O → 12H2SO4 + 5FeSO4 + 7Cu2S
Chalcosin

CuSO4 + H2S → H2SO4 + CuS (Covenlin)
Ag2SO4 + Cu2S → Cu2SO4 + Ag2S (Argentit)
Do đó ở mỏ sunfua, tại ranh giới với quặng nguyên sinh có một đới làm
giàu quặng chứa hàm lượng lớn các kim loại và sunfua thứ sinh, đới này có giá
trị lớn. Một số nguyên tố như Ag, Cu tập trung trong đới làm giàu quặng nhiều
hơn trong đới quặng nguyên sinh.
1.2.2.2. Quá trình oxy hóa quặng pyrit.
Quá trình oxy hóa pyrit xảy ra theo sơ đồ sau:
2FeS2 + 4O2 + 2H2O = 2FeSO4 + 2H2SO4
Với sự có mặt của O 2, FeSO4 không bền vững và sẽ bị biến đổi theo phản
ứng sau:
4FeSO4 + 2H2SO4 + O2 = 2Fe2(SO4)3 + 2H2O

14


Trong môi trường nước mang tính axit yếu, Fe 2(SO4)3 dễ dàng bị thủy
phân tạo hydroxyt theo phản ứng:
Fe2(SO4)3 + 4H2O = 2Fe(OOH) + 3H2SO4
Hydrooxit Fe khó tan, kết tủa dưới dạng keo và tiếp tục bị biến đổi thành
limonit (Fe2O3.nH2O), cũng như các hydrooxit Fe khác là hydrohematit Fe2O3(01)H2O, goetit FeO(OH) hầu như không tan trong nước và nằm lại trong đới
oxyhóa. Do các hợp phần khác của quặng sunfua bị mang đi, nên lượng Fe trong
đới oxyhóa tăng lên đáng kể và có thể tạo thành mũ sắt trên cùng.
Khi pyrit tiếp xúc với các dung dịch giàu sunfat thì nó có thể chuyển đổi
thành jarozit có công thức chung là M +Fe33+(SO4)2(OH)6 (trong đó M+ là K+, Na+,
NH4+, Ag+/Pb2+), sau khi FeS2 biến đổi thành Fe(OH)3. Ví dụ:
K+ + 3Fe(OH)3 + 2SO42- + 3H+ → KFe3(SO4)2(OH)6 + 3H2O
Axit H2SO4 và Fe(III) được giải phóng ra trong quá trình oxyhoá sunfua
sắt có thể tác dụng lên các khoáng vật sunfua khác và đẩy nhanh quá trình phân
rã chúng theo phản ứng:

MS + H2SO4 → H2S + MSO4
2MS + 2Fe2(SO4)3 + 2H2O + 3O2 → 2MSO4 + 4FeSO4 + 2H2SO4
(M là các kim loại hoá trị hai: Cu, Pb, Zn...)
Vì vậy, khi pyrit bị oxyhoá, sự giải phóng ion H + làm tăng độ axit của môi
trường sẽ làm thay đổi độ linh động của ion đi kèm như Cu(II), As(III) và một số
nguyên tố KLN khác; dẫn đến được giải phóng dễ dàng và phát tán vào môi
trường nhờ nước..., đồng thời hình thành dòng chất lỏng trong quá trình oxyhóa
quặng, gọi là “ dòng thoát axit” (acid mine drainage- AMD).
Ngoài quá trình oxy hóa quặng pyrit tự nhiên đã mô tả ơ trên, các sufua có
trong bãi thải trong quá trình khai thác hoặc trong quặng đuôi của quá trình tuyển
quặng cũng dễ dàng bị oxy hóa. Quá trình này cũng tương tự như quá trình tự
nhiên nhưng tốc độ lớn hơn nhiều. Do vậy đây là một trong những nguồn phát
tán KLN và chất độc hại vào môi trường cần được quan tâm nghiên cứu.

15