Luận văn nghiên cứu ảnh hưởng của một số ion đến khả năng thủy phân và tồn lưu của các kim loại nặng chính có trong quặng đồng sinh quyền

MỞ ĐẦU
Hiện nay, với sự phát triển như vũ bão của các ngành công nghiệp, nhu cầu
sử dụng kim loại ngày càng tăng. Ngoài việc nhập một lượng kim loại với chi phí
cao thì nước ta tận dụng triệt để trữ lượng tài nguyên khoáng sản tương đối lớn và
đa dạng. Tuy nhiên, việc khai thác khoáng sản đã và đang để lại những hậu quả
nghiêm trọng cho môi trường.
Trong tự nhiên có khoảng hơn 70 kim loại nặng, đó là các kim loại có tỉ khối
lớn hơn 5 gam/cm3. Kim loại nặng có hầu hết trong các mỏ khoáng sản với hàm
lượng khác nhau, tuỳ thuộc vào từng loại khoáng sản và từng vùng địa chất khác
nhau. Trong các kim loại nặng, chỉ có một số nguyên tố là cần thiết cho cơ thể sống
và con người ở một giới hạn cho phép nào đấy, chúng là các nguyên tố vi lượng
như: Cu, Zn, Mn, Mo…... nhưng khi hàm lượng vượt quá giới hạn cho phép đó,
chúng sẽ gây độc hại nghiêm trọng cho cơ thể. Tuy nhiên khả năng gây độc của các
kim loại nặng hoàn toàn phụ thuộc vào trạng thái tồn tại của chúng. Trong hoạt
động khai thác khoáng sản, con người đã làm biến đổi trạng thái tồn tại của các kim
loại nặng, chuyển chúng thành các dạng ion tự do đi vào môi trường đất, môi
trường nước hoặc các hạt bụi có kích thước nhỏ bé trong không khí có thể xâm
nhập vào cơ thể con người thông qua đường tiêu hóa và hô hấp, dẫn đến sự nhiễm
độc. Đa số các kim loại nặng với đặc tính bền vững trong môi trường, có khả năng
gây độc ở liều lượng thấp và tích luỹ lâu dài trong chuỗi thức ăn, vì vậy nó cũng
được xem là một chất thải nguy hại.
Mỏ đồng Sinh Quyền – Lào Cai có trữ lượng gần 100 triệu tấn quặng, là
nguồn lợi cho rất nhiều nhà đầu tư trong việc khai thác. Do năng lực có hạn, trang
thiết bị đang còn thô sơ, lạc hậu, các quy trình khai thác phần lớn theo thủ công,
chưa đảm bảo các quy định về bảo vệ môi trường nên sau khi lấy được phần quặng
giàu và các kim loại cần khai thác thì bỏ đi toàn bộ phần quặng nghèo và khoáng
sản đi cùng. Các kim loại nặng có trong quặng, dưới tác dụng của quá trình phong
hóa tự nhiên sẽ bị phân hủy, thủy phân, hòa tan hoặc kết tủa để vận chuyển hoặc tồn

1

lưu, có ảnh hưởng to lớn đến môi trường sinh thái tại địa phương, ảnh hưởng đến
sức khỏe của con người và động thực vật. Vì vậy, chúng tôi lựa chọn đề tài:
“Nghiên cứu ảnh hưởng của một số ion đến khả năng thủy phân và tồn lưu của
các kim loại nặng chính có trong quặng đồng Sinh Quyền”.

2


Chương 1: TỔNG QUAN
1.1.

Sơ lược về trữ lượng quặng đồng tại Việt Nam và mỏ đồng Sinh Quyền
1.1.1. Trữ lượng và phân bố quặng đồng sunfua tại Việt Nam
Đồng là nguyên liệu quan trọng của công nghiệp. Xét về khối lượng tiêu thụ,

đồng xếp hàng thứ ba trong các kim loại, chỉ sau thép và nhôm. Do tính dẫn điện,
dẫn nhiệt tốt, độ bền khá cao nên đồng và hợp kim đồng được sử dụng rộng rãi làm
dây dẫn điện trong các thiết bị điện công nghiệp và dân dụng. Ngoài ra, đồng và
hợp kim đồng còn được sử dụng nhiều trong chế tạo máy, xây dựng, sản xuất điện
cực.... Các hợp chất đồng như đồng oxit, đồng sunfat, đồng oxyclorua...cũng được
sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như nông nghiệp, đóng tàu, bảo quản gỗ....Vì
vậy, việc khai thác quặng đồng luôn được các nhà đầu tư quan tâm và chú trọng
phát triển.
Quặng đồng Việt Nam thuộc vào 4 loại có nguồn gốc hình thành khác nhau
là: magma, thuỷ nhiệt, trầm tích, biến chất. Quặng đồng phân tán ở các tỉnh Cao
Bằng, Lạng Sơn, Sơn La, Quảng Ninh, Hà Bắc, Quảng Nam-Đà Nẵng, Lâm
Đồng… Các mỏ quặng đồng ở những tỉnh này thường có trữ lượng nhỏ, thành phần
khoáng đa dạng, bao gồm nhiều loại như quặng sunfua, cacbonat, nhưng thường
gặp là quặng chalcopyrit. Tổng trữ lượng các mỏ đã thăm dò ước đạt

khoảng 600.000 tấn đồng.
Những vùng tụ khoáng quặng đồng quan trọng ở nước ta là: Vùng tụ khoáng
Sinh Quyền (Lào Cai); Vùng tụ khoáng Bản Phúc (Sơn La); Vùng tụ khoáng Vạn
Sài (Sơn La); Điểm quặng Hổng Thu và Quang Tân Trai (Lai Châu); Điểm quặng
Bản Giàng (Sơn La); Vùng tụ khoáng Suối Nùng (Quảng Ngãi). Ngoài các vùng
quặng chính như trên, còn có rất nhiều điểm quặng khác phân bố rải rác ở các tỉnh
Thanh Hóa, Lạng Sơn, Lào Cai...

3


1.1.2. Trữ lượng quặng đồng sunfua tại mỏ đồng Sinh Quyền
Vùng mỏ đồng Sinh Quyền nằm ở hữu ngạn Sông Hồng, thuộc huyện Bát
Xát, tỉnh Lào Cai, bao gồm các mỏ khoáng Sinh Quyền, Cốc Mỳ, Vi Kẽm... được
đánh giá là vùng quặng hỗn hợp gồm ba thành phần chính là đồng, đất hiếm, vàng.
Vùng quặng này có 3 dải quặng đồng chính song song và kéo dài gần 40 km theo
phương TB-ĐN từ nam Bát Xát đến Lũng Lô sát biên giới Việt Trung, ở tọa độ
22048’55” vĩ độ bắc. 103048’55” kinh độ đông, bao gồm: dải Lùng Thàng - Pin
Ngang Chải ở phía Tây là dải quặng đồng - đất hiếm - molybđen. Dải giữa Sinh
Quyền - Nậm Mít là dải quặng chính gồm quặng đồng - đất hiếm. Dải Thùng Sáng Lũng Pô ở phía Đông gồm các mạch quặng thạch anh - sunfua chứa đồng.
Khu mỏ Sinh Quyền đã phát hiện được ít nhất 17 thân quặng trong một đới
khoáng hóa kéo dài theo phương tây bắc – đông nam với chiều rộng 100 ÷ 300m.
Trong đó các thân quặng gồm các chùm mạch quặng, mỗi chùm có từ 2 ÷ 5 thấu
kính hoặc thân quặng nhỏ khác. Các thân quặng của mỏ đồng Sinh Quyền chủ yếu
phân bố trong các đá amphibolit và granitogneiss bị migmatit hóa, ngoài ra có một
phận nhỏ phân bố trong đá granit và pegmatite.[10]
Trong thiên nhiên, quặng đồng tồn tại ở nhiều dạng khác nhau như tinh thể,
cục, mẩu, tấm.… Về mặt hóa học, đồng tồn tại phổ biến nhất là ở quặng chứa đồng
có gốc sunfua, ngoài ra cũng ở dạng cacbonat hoặc oxit. Những quặng đồng quan
trọng nhất là chalcopyrit CuFeS2, bornit Cu3FeS3, chalkosin Cu2S, bournonit

2PbS.Cu2S.Sb2S3. ngoài ra còn một số loại quặng đồng có ý nghĩa kinh tế là:
malachit Cu2{(OH)2/CO3)}, azurit 2CuCO3.Cu(OH)3, cuprit Cu2O, chrysocol
CuSiO3.2H2O.…Kết quả nghiên cứu thành phần vật chất quặng hóa tại mỏ đồng
Sinh Quyền đã xác định khoáng chứa Cu chủ yếu là chalcopyrit, pyrotin, magnetit,
pyrit, melnikovit, orthit; thứ yếu có ilmenit, sphalerit, quặng đồng xám, marcasit,
arsenopyrit, conanit; hiếm gặp có molybdenit, galenit, cobaltin, saflorit, vàng tự
sinh, calaverit, uraninit, nhóm khoáng vật đất hiếm...[10]

4


Mỏ đã được phát hiện, tìm kiếm và thăm dò từ những năm 1961 với trữ
lượng ước tính 52,7 triệu tấn, hàm lượng đồng trung bình khoảng 1,03%, tương
đương 551,2 nghìn tấn Cu, kèm theo 334 nghìn tấn R 2O, 35 tấn Au, 25 tấn Ag, 843
nghìn tấn S. Tuy nhiên, đến các năm 1992 – 1994 các công ty khai thác khoáng sản
đã thăm dò bổ sung trữ lượng các nguyên tố trong quặng.
Theo TS. Phạm Tích Xuân và cộng sự (2011) [12], tại mỏ đồng Sinh Quyền,
hàm lượng đồng dao dộng từ 3.153 mg/kg tới 71.942 mg/kg. Bên cạnh đó, hàm
lượng các nguyên tố dạng vết khác như As, Zn, Ni và Cd cũng khá ổn định. Tham
khảo tài liệu phân tích mẫu công nghệ của mỏ đồng Sinh Quyền có thể thấy như
sau: Cu 0,001÷ 11,58%; trung bình 1,03%, RE 2O3 – 0,03 ÷ 9,71 %; trung bình
0,90% (chủ yếu trong orthit); Au 0,46 ÷ 0,55 g/tấn quặng; Co 0,039 ÷ 0,065 g/tấn;
ngoài ra còn có Mo, Ag, Sb, Sn, Se....
1.1.3. Một số loại quặng chủ yếu ở mỏ đồng Sinh Quyền
1.1.3.1. Chalcopyrit CuFeS2
Chalcopyrit là khoáng vật nguyên sinh chủ yếu, có mặt trong hầu hết các
kiểu quặng, có hàm lượng Cu – 34,6%, ngoài ra còn có Ag, In và một số nguyên tố
khác. Chalcopyrit thường chứa tạp chất đồng hình Au, Ag. Cấu trúc gần giống với
cấu trúc của sphalerit, trong đó ô mạng cơ sở gấp đôi lên và vị trí Zn được thay thế
bằng Cu, Fe. Trong biến thể lập phương talnakhit, sự phân bố Fe và Cu không trật tự.

Chalcopyrit có màu vàng đồng thau, có vết vạch đen hoặc đen xanh, ánh
kim. Chalcopyrit thường có màu sặc sỡ do bị oxi hoá, chalcopyrit khác pyrit về màu
sắc và độ cứng thấp.
Chalcopyrit có nguồn gốc magma, trong đá mafic, cộng sinh với pyrotin,
pentlandit. Trong skarn, chalcopyrit cộng sinh với pyrit, pyrotin, sulfua chì, kẽm,
đồng. Ngoài ra chalcopyrit còn có trong các thành tạo ngoại sinh, trong đá trầm tích.
Trong đới oxi hoá, chalcopyrit bị biến đổi, tạo nên đồng tự sinh, chalcosin, covelin,
cuprit, malachit, azurit, crysocola.

5


Chalcopyrit có mặt ở Bản Xang, Bản Phúc (Sơn La), mỏ đồng Sinh Quyền
(Lào Cai) gần Tạ Khoa.
1.1.3.2. Pyrotin Fe1-xS
Là khoáng vật chính trong quặng, chiếm số lượng chủ yếu của quặng sulfid
sắt, nhưng có số lượng ít hơn chalcopyrit, hàm lượng Fe khoảng 58,22% - 63,53%,
trong công thức của pyrotin hệ số nguyên tử của Fe = 1-x, với x = 0,1-0,2, pyrotin
với công thức trên là một biến thể đa hình kết tinh ở hệ sáu phương, còn biến thể có
công thức là FeS là troilit cũng kết tinh ở hệ sáu phương, ngoài ra FeS còn có một
biến thể khác kết tinh ở hệ một nghiêng. Trong thành phần pyrotin ngoài sắt và lưu
huỳnh còn có các đồng hình khác như là Cu, Ni, Co.
Khoáng vật kết tinh ở hệ sáu phương, ô mạng cơ sở thuộc hệ nguyên thủy,
nhóm đối xứng không gian. Mô hình cấu trúc giống với khoáng vật nikenin (NiAs)
trong đó Fe đóng vai trò của Ni, còn lưu huỳnh đóng vai trò của As - nhóm đối
xứng không gian của khoáng vật. Đơn tinh thể pyrotin thường có dạng tấm, tháp
hoặc lăng trụ, trên tinh thể thường có các hình đơn như lăng trụ sáu phương, tháp
đôi sáu phương, đôi mặt, đôi khi có gắn kết song tinh. Các dạng tập hợp phổ biến
của pyrotin là tập hợp hạt, khối đặc xít, có khi ở dạng xâm tán. Đặc trưng của
pyrotin là màu vàng thau, có sắc nâu tối, và có từ tính mạnh, trong số khoáng vật

sunfua của Fe. Khoáng vật tan trong HCl sinh ra khí H2S.
Pyrotin thành tạo chủ yếu trong quá trinh nội sinh, liên quan tới các thành tao
đá magma bazơ. Trong các đá magma bazơ, pyroytin thường cộng sinh với
pentlandit, chalcopyrit. Ngoài nguốn gốc nêu trên pyrotin còn được tạo thành trong
quá trình biến chất trao đổi liên quan tới các thành tạo skarn. Các khoáng vật cộng
sinh của pyrotin ở nguồn gốc này có: pyrit, chalcopyrit, magnetit, arsenopyrit,
galen, sphalerit...Trong quá trình nhiệt dịch, pyrotin được tạo thành ở giai đoạn
nhiệt dịch, nhiệt độ cao đến trung bình, cộng sinh cùng pyrit, galennit, sphalenit,

6


ascenopyrit,...Pyrotin còn có thể được thành tạo ở quá trình biến chất trầm tích
nhưng ít gặp.
Ở Việt Nam, pyrotin có ở Nam Đông Thừa Thiên Huế, Ba Trại-Hà Tây, Kim
Bôi-Hòa Bình.
1.1.3.3. Magnetit
Magnetit là một khoáng vật sắt từ có công thức hóa học Fe3O4, một trong các
ôxít sắt và thuộc nhóm spinel. Magnetit là khoáng vật có từ tính mạnh nhất trong
các khoáng vật xuất hiện trong thiên nhiên. Các mảnh magnetit bị từ hóa tự nhiên
được gọi là lodestone sẽ hút các mẫu sắt nhỏ, và đây cũng là cách mà người cổ đại
khám phá ra tính chất từ đầu tiên. Lodestone được sử dụng trong các la bàn.
Magnetit thường mang các dấu hiệu từ trong các đá và vì thế nó được xem như là
một công cụ để nghiên cứu cổ từ, một khám phá khoa học quan trọng để hiểu được
quá trình kiến tạo mảng và dữ liệu lịch sử cho từ thủy động lực học và các chuyên
ngành khoa học khác.
Các mối quan hệ giữa magnetit và các khoáng vật ôxít giàu sắt khác như
ilmenit, hematit, và ulvospinel cũng đã được nghiên cứu nhiều, cũng như các phản
ứng phức tạp giữa các khoáng vật này và oxy ảnh hưởng như thế nào đến sự bảo tồn
trường từ của Trái Đất.

Magnetit có vai trò quan trọng trong việc tìm hiểu các điều kiện môi trường
hình thành đá. Magnetit phản ứng với oxy để tạo ra hematit, và cặp khoáng vật hình
thành một vùng đệm có thể khống chế sự phá hủy của ôxy. Các đá mácma thông
thường chứa các hạt của 2 dung dịch rắn, một bên là giữa magnetit và ulvospinel
còn một bên là giữa ilmenit và hematit. Các hạt magnetit nhỏ có mặt trong hầu đết
các đá macma và các đá biến chất. Magnetit cũng được tìm thấy trong một số loại
đá trầm tích như trong các thành hệ sắt phân dải.
1.1.3.4. Pyrit FeS2

7


Pyrit là khoáng vật disulfua sắt với công thức hóa học FeS2, thành phần hóa
học của Pirit chứa 46,6% Fe, 53,4% S, có ánh kim và sắc vàng đồng từ nhạt tới
thông. Pyrit là phổ biến nhất trong các khoáng vật sulfua. Pyrit thường chứa các tạp
chất hình As, Co, Ni, đôi khi Au, Cu tồn tại ở dạng phi bào thể.
Khoáng vật này có mặt như là các tinh thể đẳng cực thường xuất hiện dưới
dạng các khối lập phương. Cấu trúc tinh thể kiểu NaCl, trong đó vị trí của nguyên
tử clo được thay thế bằng [S2]2-, phân bố dọc theo trục bậc 3, còn ion Fe2+ ở tâm của
hình 8 mặt. 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 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.
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. Đôi khi cũng
được tìm thấy trong quặng chứa khoáng vật này.
1.1.4. Các quy trình khai thác quặng tại Việt Nam
1.1.4.1. Thăm dò địa chất

Đồng là nguyên tố phổ biến rộng rãi trong các loại đá khoáng của vỏ trái đất
nhưng số lượng không lớn. Đồng chỉ chiếm 0,0058% khối lượng vỏ trái đất. Vì tỉ lệ
thấp của các khoáng nên phải tìm những mỏ khoáng có nồng độ cao của các kim
loại này để khai thác có lợi về mặt kinh tế.
Bước đầu tiên của việc khai thác mỏ là tìm mỏ có tỉ lệ khoáng cao và số
lượng lớn để khai thác thương mại.
Phát hiện ra một hàm lượng khoáng chất cao trong đất tại một vị trí cụ thể,
hoặc xác định địa chất của đá và khoáng vật với các đặc tính điện từ của một thân

8


quặng sun phua, có thể dẫn đến tiếp tục thăm dò. Trong giai đoạn này, mục tiêu là
để thiết lập mô hình của thân quặng. Khoan lõi mở rộng, lấy số mẫu lớn và phân
tích. Sự phù hợp của các thân quặng hoặc là khai thác hầm lò hoặc khai thác lộ
thiên cũng được xác định, chủ yếu dựa vào độ sâu và kích thước của thân quặng.
1.1.4.2. Khai thác
Khai thác bao gồm tất cả các hoạt động phải diễn ra trước khi thân quặng có
thể khai thác. Hoạt động này liên quan đến việc xây dựng các công trình trên mặt
đất, đường giao thông, đường điện, và đường sắt. Nếu một mỏ lộ thiên được xây
dựng, việc khai thác bao gồm việc loại bỏ các loại đá và đất bao quanh các thân
quặng. Nếu một mỏ dưới lòng đất được xây dựng, sự phát triển sẽ bao gồm xây
dựng đường vào và hệ thống thông gió.
Dù mỏ lộ thiên hay mỏ ngầm thì trong quá trình khai thác sẽ có sự tích lũy
nước từ mực nước ngầm tự nhiên. Nước này phải được bơm ra khỏi mỏ để thợ mỏ
vào khai thác quặng. Việc bơm nước này phải tiến hành liên tục trong quá trình khai
thác cho đến khi khai thác xong và đóng cửa mỏ.
Bơm nước ngầm từ mỏ, hoặc tháo khô nước, tạo ra sự suy giảm nước ngầm
của khu vực xung quanh. Điều này có thể làm giảm mực nước trong các nguồn
nước gần đó. Nếu nước ngầm nối với sông, hồ, mực nước bề mặt cũng có thể được

hạ xuống. Khu vực suy giảm và mức độ tác động lên nước mặt sẽ phụ thuộc rất lớn
về địa chất của khu vực.
Việc khai thác mỏ sun phua tạo ra một lượng lớn chất thải rắn. Phần lớn chất
thải rắn từ đá thải và sản phẩm phụ từ quá trình khai thác quặng. Đá thải được tạo ra
từ đất, đá, và những vật chất không phải mục đích khai thác phải được loại bỏ để
khai thác các khoáng có hàm lượng cao. Số lượng đá thải phụ thuộc vào khu vực và
độ sâu của mỏ. Sản phẩm phụ của quá trình khai thác, gọi là chất thải, bao gồm
quặng còn sót lại sau khi khoáng vật có ích đã được khai thác. Vì vậy, số lượng

9


khoáng chất có hàm lượng cao tương đối nhỏ, phần thải quặng được sinh ra trong
khai thác mỏ là lớn.
Chất thải được sinh ra từ quá trình khai thác quặng là độc. Đá thải có thể
chứa chất phóng xạ. Chất thải bao gồm kim loại nặng, các chất hóa học và dòng thải
axit mỏ, tất cả chúng là độc với môi trường với mức độ khác nhau.
Khai thác các thân quặng liên quan đến một chu kỳ khoan, nổ mìn, khai thác
quặng, và vận chuyển để các quặng có thể được xử lý và các khoáng chất quan
trọng được phục hồi.
1.1.4.3. Tuyển quặng
Hầu hết quặng sun phua có hàm lượng khoáng không đủ lớn để đưa trực tiếp
về nhà máy luyện. Nó phải qua quá trình tuyển quặng, nơi mà quặng được nghiền
và cô đặc bằng cách sử dụng nhiều chất hóa học khác.
Trong khi nghiền, một loạt các máy nghiền quặng thành các hạt mịn, hạt lớn
nhất cỡ bằng hạt cát, vì thế nó được tiến hành dễ dàng hơn. Khi hạt quặng đạt đến
kích thước xử lý hóa học. Chúng đưa tới nơi cô đặc. Sự cô đặc có thể được tiến
hành bằng một số cách.
1.1.4.4. Tuyển nổi [5, 17]
Tuyển nổi là phương pháp tuyển quặng được sử dụng rộng rãi nhất. Hóa chất

được sử dụng để cô đặc các khoáng chất cần thiết.
Tuyển nổi là quá trình dựa vào sự khác nhau về quá trình lý - hóa bề mặt (ưa
nước-kỵ nước) của các hạt khoáng vật. Các tính chất này có thể bị thay đổi dưới tác
dụng của thuốc tuyển. Tuyển nổi bắt đầu từ việc thêm hóa chất vào quặng nghiền
hoặc khoáng chất nhiều hơn trong bùn sẽ đẩy lùi nước và hút các bóng khí. Các
khoáng chất có ích sẽ bám dính chọn lọc lên các bóng khí thành bọt khoáng hóa và
nổi lên trên mặt nước, đó chính là sản phẩm tinh quặng. Phần chìm là bã thải của

10


tuyển nổi.. Các bọt sau đó được khử nước và dày lên, và cô lại được đưa đến một
nhà máy luyện để chế biến tiếp.
Một số hoá chất được sử dụng trong quá trình tuyển nổi có thể được sử dụng
lại để cô đặc quặng hơn. Tuy nhiên, các hóa chất này là một sản phẩm phụ của quá
trình tuyển quặng mà cuối cùng phải được xử lý.
Một số chất hóa học như đồng sun phát, natri cianua và natri đicromat là
những chất có độc tính cao với môi trường thủy sinh. Các hóa chất khác không gây
ra mối đe dọa môi trường nghiêm trọng như vậy nhưng lại được sử dụng với số
lượng lớn.
1.1.4.5. Tuyển trọng lực [5, 17]
Dựa trên sự khác nhau về khối lượng riêng giữa thành phần có ích và đất đá
tạp được thể hiện qua tốc độ rơi trong môi trường. Quặng được tách trong môi
trường lỏng có thể ở trạng thái tĩnh hoặc trạng thái động. Tỷ lệ tách khác nhau của
các chất rắn cho phép khoáng sản mong muốn được chiết xuất.
1.1.4.6. Lọc [17]
Lọc bao gồm việc bơm một chất hóa học thông qua quặng đã vỡ hoặc nghiền
để hòa tan các khoáng chất có giá trị. Dung dịch, tạo thành từ các chất hóa học và
khoáng chất, được biết đến như một cách sản sinh nước thải. Khai thác mỏ có thể
chọn một trong một số kỹ thuật để phục hồi các khoáng chất từ nước thải, bao gồm

chiết dung môi, trao đổi ion, hoặc kết dính.
Có bốn loại của các quá trình lọc. Bãi lọc diễn ra trên một tấm lót nhưng bề
mặt cơ sở không thấm nước. Bình lọc, một phương pháp lọc với tỷ lệ cao, được
thực hiện trong một hệ thống thùng hoặc bình sử dụng giải pháp chiết xuất tập trung
(thường là axit sunphuric). Lọc tập trung diễn ra trên một miếng đệm lót làm bằng
vật liệu tổng hợp, nhựa đường, hoặc đất sét. Lọc tập trung được sử dụng với cấp

11


thấp, quặng nghiền nát. Cuối cùng, Lọc tại chỗ chiết xuất khoáng sản từ quặng mà
vẫn còn trong đất.
1.1.4.7. Quản lý chất thải [17]
Tuyển quặng tạo ra chất thải và nước thải như là sản phẩm phụ của việc cô
đặc khoáng chất. Chất thải là phần còn lại sau khi các khoáng cần thiết được loại
bỏ, bao gồm bùn và các hóa chất sử dụng trong tuyển quặng.
Chất thải gây nguy hiểm cho môi trường nên phải được cô lập. Chúng
thường được lưu trữ và chứa trong hố, hoặc khu vực quản lý chất thải, được lót bằng
vật liệu không thấm nước nói chung, chẳng hạn như đất sét hoặc tấm lót tổng hợp.
Chất thải được phép lưu trữ tại các hố. Ngoài ra, hệ thống thu gom nước rò rỉ
bên dưới tấm lót được thiết kế để tránh chất lỏng bị rò rỉ qua. Nước thải và dịch lọc
thường được tập trung lại, tái sử dụng hoặc xử lý.
1.1.4.8. Luyện và tinh chế [17]
Hầu hết các khoáng sun phua đều được nấu chảy. Các kim loại được tinh
luyện phụ thuộc vào mục đích sử dụng thương mại của chúng. Luyện bao gồm 3
bước riêng biệt: nung, nấu chảy và biến đổi.
Nung là cần thiết để cô đặc sun phua. Nó oxi hóa sắt và chuyển thành sun
phua đioxit. Nấu chảy các tạp chất còn lại trong quặng vào sỉ bằng cách kết hợp
quặng với silicat và đốt nóng chúng ở nhiệt độ cao.
Đồng thời, các kim loại kết hợp với lưu huỳnh để tạo thành một hỗn hợp

không tinh khiết của các loại khoáng sun phua kim loại. Loại bỏ lưu huỳnh từ các
sun phua kim loại, ôxi hóa sắt còn lại, và loại bỏ nó. Sau khi xỉ silicat được bỏ đi,
chỉ có các kim loại gần như tinh khiết vẫn còn. Rang, nấu chảy và chuyển đổi có thể
đạt tới 99% kim loại nguyên chất.
Khi cần kim loại tinh khiết, như đồng sử dụng trong sản xuất dây điện, ta có
thể thêm các bước tinh luyện có thể tạo ra kim loại đạt đến 99,99% nguyên chất.

12


Tinh luyện quặng có thể được thực hiện một số cách khác nhau, bao gồm hỏa luyện,
điện hơi, áp suất cao.
1.1.4.9. Cải tạo [17]
Cải tạo là hoạt động cuối cùng, là việc phục hồi và phục hồi của khu vực dự
án với điều kiện khai thác ban đầu của nó. Mục đích là để loại bỏ, giảm thiểu, hoặc
giảm thiểu các mối đe dọa môi trường về vật lý hoặc hóa học. Trong khi hầu hết cải
tạo bao gồm việc loại bỏ tất cả các cấu trúc hỗ trợ khai thác mỏ, và hệ thực vật và
ổn định của khu mỏ. Việc thực hiện cải tạo theo nhiều cách khác nhau. Mỗi mỏ sẽ
khác nhau, và sự lựa chọn các biện pháp cải tạo sẽ bị ảnh hưởng bởi khí hậu, đặc
điểm vật lý của các khu mỏ, pháp luật của địa phương cụ thể nơi khu mỏ khai thác,
và tính khả thi kỹ thuật và kinh tế của các dự án cải tạo.
1.2. Nguy cơ ô nhiễm kim loại nặng do các bãi thải khai thác chế biến khoáng sản
1.2.1. Nguồn gây ô nhiễm
Quá trình khai thác và chế biến khoàng sản sẽ hình hình một lượng chất thải
lớn, các chất thải này thường được tập trung thành các bãi thải. Các bãi thải này
thường chứa các khoáng vật sulfid kim loại như pyrit, cholcopyrit, arsenopyrit,
galenit, sphalerrit... Các khoáng vật này ở điều kiện bề mặt thường bị oxi hóa khi
gặp nước và không khí.Quá trình oxi hóa tạo ra dung dịch axit và là môi trường hòa
tan các kim loại và các thành phần độc hại có trong thành phần các khoáng vật
quặng ở bãi thải, từ đó phát tán chúng vào môi trường, gây ô nhiễm môi trường.

Dung dịch axit sinh ra trong quá trình oxy hóa sulfid là một dung môi mạnh,
các dòng axit thải từ bãi thải thường là các dung dịch có hàm lượng cao (thậm chí
bão hòa) các kim loại nặng và các ion hòa tan. Khi dung dịch bị trung hòa, xảy ra sự
lắng đọng nhiều hợp chất thứ sinh của Fe, Cu, Zn, Pb và các nguyên tố khác. Các
hợp chất này lại tương đối dễ tan khi thay đổi các điều kiện pH nên chúng có tính linh
động cao, là điều kiện góp phần làm tăng hàm lượng kim loại cao trong khu vực.

13


Lịch sử khai thác mỏ sun phua chỉ ra rằng nguyên nhân gây phá hủy môi
trường sinh thái là dòng thải axit mỏ, ô nhiễm kim loại nặng, các hóa chất gây ô
nhiễm và lắng cặn. Thăm dò khoáng sản đặt ra một số mối đe dọa hệ sinh thái. Hoạt
động khoan có thể thâm nhập vào nhiều tầng ngậm nước. Điều này có thể làm cho
nước từ các tầng ngậm nước xáo trộn, thay đổi tính chất hóa học của nước. Độ cao
tầng nước ngầm cũng có thể thay đổi, làm cho nguồn nước cạn.
Khi khoan, bùn và đất được đưa lên trên mặt đất, có thể có cả quặng sun
phua, các kim loại nặng và các chất gây ô nhiễm khác. Trong quá trình khoan thăm
dò thì đất sẽ bị xáo trộn, số lượng và sự đa dạng thực vật bị ảnh hưởng. Nếu một mỏ
được triển khai thì đất sẽ bị xáo trộn như một phần của sự tác động tổng thể.
Quá trình tuyển quặng cũng phát thải ra môi trường sinh thái một lượng bụi
lớn do quá trình nghiền quặng. Đồng thời, quá trình tuyển quặng này cũng sử dụng
nhiều hóa chất hóa học, lượng hóa chất này thoát ra môi trường tạo ra một mối nguy
hại lớn cho hệ sinh thái.
Chất thải của quá trình khai thác quặng là mối đe dọa lớn nhất, nó bao gồm
các hợp chất sun phua, các kim loại nặng và các hóa chất tuyển quặng. Các chất thải
này sẽ được đưa về khu vực quản lý. Khi chất thải này thoát ra khỏi khu vực quản lý,
nó chứa dòng thải axit, kim loại nặng độc hại, hóa chất của quá trình tuyển quặng.
Khi mưa lớn thì các chất này sẽ bị tràn ra di chuyển tới các vùng xung quanh.
Dòng thải axit sinh ra sẽ làm cho hệ sinh thái chứa kim loại nặng với nồng

độ cao, chất rắn hòa tan, sun phat và axit. Sự phá hủy của dòng thải axit mỏ sẽ diễn
ra trong thời gian dài, hằng trăm đến hàng nghìn năm. Axit mỏ có thể giết chết cá
và hệ sinh thái dưới nước và gây ô nhiễm nghiêm trọng nước mặt và nước ngầm.
H2S cũng được hình thành, khi nước có tính axit thì H 2S tồn tại thời gian lâu hơn.
H2S có thể giết chết cá và sinh vật thủy sinh khác bằng cách thâm nhập vào mô qua
đường hô hấp và làm độc các tế bào.

14


Đá thải, đất bao quanh thân quặng, bụi, chất thải đều chứa kim loại nặng.
Kim loại nặng bao gồm: chì, kẽm, asen, antimon, selen, bạc, cadimi, coban, đồng,
thủy ngân, mangan, nhôm, niken. Nó thoát ra ngoài môi trường thông qua dòng
chảy hoặc gió bụi. Nước ngầm ô nhiễm kim loại nặng cũng góp phần ô nhiễm nước
mặt. pH càng thấp thì các ion kim loại càng linh động. Chúng đe dọa đến sức khỏe
con người về lâu dài và có thể ảnh hưởng, thậm chí là giết chết các sinh vật thủy
sinh. Con người không chỉ hấp thụ kim loại nặng này qua nước uống, mà còn thông
qua các thức ăn hàng ngày bị ô nhiễm kim loại nặng.
Quá trình khai thác quặng sẽ bóc tách một lương đất đá rất lớn, lượng đất đá
này sẽ làm ảnh hưởng dòng chảy của suối, lấp các hồ nước gần đó và đặc biệt là che
phủ các vùng đất canh tác nông nghiệp. Việc tháo khô mỏ trong quá trình khai thác
sẽ làm cho mực nước ngầm hạ thấp, đồng thời mực nước của sông hồ gần đó cũng
giảm. Điều này ảnh hưởng đến một số loại, đặc biết là cây lúa nước.
Khai thác quặng sẽ đưa vào môi trường nước nhiều hóa chất độc hại. Dầu sử
dụng vận hành thiết bị xả vào nước tạo một lớp màng mỏng trên mặt nước, ngăn
cản khả năng hòa tan oxi vào trong nước.
Trong quá trình khai thác sẽ xảy ra hiện tượng lún hoặc sập mỏ. Người ta sẽ
sử dụng chất thải chứa quặng sun phua hoặc chứa hóa chất trong quá trình tuyển
quặng để khắc phục. Chất thải này khi tiếp xúc với nước thoát ra từ hầm mỏ thì có
thể xuất hiện hiện tượng nước mặt và nước ngầm bị ô nhiễm trong thời gian dài.

1.2.2. Con đường phát tán kim loại nặng và các chất độc hại vào môi trường
Các nghiên cứu của nhiều tác giả chỉ ra rằng con đường phát tán chủ yếu của
các chất độc hại từ các bãi thải là qua môi nước. Khác với các chất gây ô nhiễm hữu
cơ, các kim loại không thể tự phân hủy cũng không thể tự biến mất. Chúng có khả
năng di chuyển theo các dòng nước nhưng trong những điều kiện thích hợp nhất
định sẽ lắng đọng, bị giữ lại thông qua việc tạo kết tủa với các anion trong đất như
cacbonnat, sulfua, hoặc các chất hữu cơ và bị hấp phụ trên các hạt của keo đất, tạo

15


thành các nơi tập trung thứ sinh. Tùy thuộc vào điều kiện tại chỗ, sự lắng đọng các
hợp chất có thể xảy ra dưới dạng bền hoặc kém bền vững. Phần lớn các kim loại
trong đất tạo phức với chất hữu cơ hoặc keo khoáng mà không ở dạng ion hay hợp
chất vô cơ.
Trong quá trình di chuyển trong môi trưởng, các kim loại nặng không chỉ bị
hấp thụ bằng các keo sét hay lắng đọng ở dạng kết tủa ít tan mà nó còn hấp thụ vào
thực vật, cơ thể sinh vật thông qua các chuỗi thức ăn. Quá trình phát tán kim loại
nặng vào môi trưởng tự nhiên thường trải qua cả một dãy dài các chuỗi biến đổi từ
một số hợp chất này sang hợp chất khác. Trong bất kỳ giai đoạn nào của chuỗi biến
đổi đấy, kim loại nặng đều có thể xâm nhập vào cơ thể sống và tích tụ trong nó.
Việc giảm thiểu các dòng kim loại nặng là điều mà các nhà khoa học quan tâm. Tuy
nhiên quá trình di chuyển của các kim loại có thể khống chế được nếu xác định
được quy luật của các quá trình oxi hóa, hòa tan và vận chuyển.
Điều kiện hóa lý và thành phần ion của dung dịch quyết định dạng tồn tại của
kim loại trong quá trình di chuyển. Dạng tồn tại của kim loại trong dòng thải các
khu vực khai thác và chế biến trước hết phụ thu vào thế oxi hóa khử E h và pH của
dung dịch. Đối với nhiều ion kim loại khi thế oxi hóa khử cao (điều kiện oxi hóa)
chúng bị oxi hóa lên những trạng thái oxi hóa cao và tạo các hợp chất khó tan. Khi
nồng độ pH thay đổi thấp thì các kim loại bị giải hấp, hoặc khi có các ion cạnh tranh

cùng hấp phụ lên keo sét thì lượng kim loại bị hấp phụ giảm và tiếp tục di chuyển
trong đất theo mạch nước ngầm. Và khi pH thay đổi, trong điều kiện có thể hòa tan
các hợp chất này, các kim loại nặng lại tiếp tục phát tán vào môi trường.
1.3. Tình trạng ô nhiễm tại các khu vực khai thác quặng ở Việt Nam
1.3.1. Tại các mỏ quặng ở Việt Nam
Việt Nam hiện nay có tới 5000 mỏ và điểm khoáng sản đang khai thác bao
gồm 60 loại khoáng sản khác nhau với khoảng 2.000 doanh nghiệp tham gia hoạt
động khai thác [7]. Mặc dù đóng góp của nền công nghiệp khai khoáng vào GDP

16


của Việt Nam chiếm khoảng 11% nhưng công nghiệp khai khoáng đang đứng trước
nhiều thách thức: khai thác sử dụng chưa có hiệu quả làm cho tài nguyên thiên
nhiên cạn kiệt; đặc biệt tác động xấu tới cảnh quan và môi trường, gây ô nhiễm
nguồn nước, không khí, đất đai, ảnh hưởng đến đa dạng sinh học và nhiều nghành
kinh tế khác.
Từ đầu năm 2007, các nhà khoa học thuộc Viện Công nghệ Môi Trường –
Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam, Viện Sinh thái và Tài nguyên Sinh vật, Đại
học Quốc gia Hà Nội đã lấy hàng trăm mẫu đất và cây tại các vùng mỏ để phân tích
thành phần, hàm lượng kim loại nặng. Qua phân tích cho thấy, tất cả các mỏ đều là
điểm nóng về ô nhiễm, điển hình là mỏ thiếc xã Hà Thượng và mỏ than núi Hồng bị
ô nhiễm asen nghiêm trọng, với hàm lượng asen trong đất gấp 17 – 308 lần tiêu
chuẩn cho phép của Việt Nam, thậm chí có nơi hàm lượng asen trong đất lên đến
15.166 ppm, gấp 1.262 lần theo quy định. Mỏ kẽm, chì làng Hích cũng có hàm
lượng chì gấp 186 lần tiêu chuẩn và kẽm 49 lần.
Việc khai thác mỏ thiếc, đuôi quặng thường chứa arsenopyrit (1 – 2%),
chalcopyrit (1%) và pyrit (10 – 15%) [3]. Các khoáng vật sulfua này bị oxi hoá tạo
ra dòng thải axit mỏ và dung dịch giàu kim loại. Sự lan toả của As và sự oxi hoá các
kim loại độc hại như Cu, Cd từ các dòng rỉ từ dòng thải axit mỏ qua các đống thải

cũng không được chú ý. Có nơi nước thải từ mỏ và xưởng tuyển được thải trực tiếp
ra cánh đồng lúa với hàm lượng asen gấp 30 lần nước bình thường. Ở mỏ thiếc Quỳ
Hợp, dòng thải của nhà máy được thải trực tiếp ra con suối gần đó. Hàm lượng As
trong chất thải rắn rất cao (355 mg/kg) so với hàm lượng được coi là không ô nhiễm
trên thế giới là 5 – 20 mg/kg.
Ngoài việc làm ô nhiễm nguồn nước, các loại bùn thải từ khu vực khai thác
đổ ra các khu vực xung quanh, theo thời gian chúng làm ô nhiễm đất tại các khu
vực này, diện tích đất nông nghiệp không những bị thu hẹp mà còn bị hoang hoá, ô
nhiễm không sử dụng canh tác được. Mặt khác, do sử dụng nguồn nước tương đối
lớn nên ngoài việc làm ô nhiễm, giảm chất lượng nguồn nước, việc khai thác

17


khoáng sản đã làm cho hệ thống tưới tiêu thay đổi, nguồn nước cạn kiệt, do đó, diện
tích đất nông nghiệp bị ảnh hưởng rất nhiều.
Điển hình về việc bồi lấp sông, suối, ao hồ do khai thác quặng mà trong thời
gian gần đây gây bức xúc trong dư luận là việc khai thác mỏ quặng ở các dãy núi
xung quanh lưu vực nước chảy về bồi lấp nhanh chóng Hồ Ba Bể. Những công
trường khai thác bằng nhiều máy móc với công suất lớn đã đưa khối lượng đất lớn
dồn xuống chân núi và rìu khe Khuồi Giang. Khi có mưa đất bùn sét, hoá chất rửa
quặng, dầu mỡ của máy móc thải ra theo các suối chảy vào Hồ Ba Bể làm cho Hồ
bồi lấp với tốc độ khủng khiếp. Ngoài ra, diện tích đất nông nghiệp cũng bị một
lượng mùn đọng lại làm cho cây trồng không phát triển được.
Tại mỏ Cromit Cổ Định [4], nguồn nước trong khu vực trước khi khai thác
có 4 suối nhỏ, chảy từ núi Na Sơn đổ vào sông Lê, với tổng lưu lượng xấp xỉ 100
l/s; hệ thống các ao hồ nhỏ nằm rải rác với tổng diện tích mặt nước khoảng 80 ha.
Sau 40 năm khai thác, 4 suối đã biến mất, bên cạnh đó lại xuất hiện một số hồ lớn
như Cổ Định, Hoà Yên, hồ bãi thải quặng đuôi, vì vậy tổng diện tích mặt nước đã
tăng 200 ha. Khai thác quặng Cromit Cổ Định đã làm tăng lượng nước mặt. Nước

mặt vùng mỏ có tính axit, khoáng chất, cặn lắng, chất thải cứng và các chất hữu cơ,
dầu mỡ…làm ô nhiễm nguồn nước, huỷ hoại thảm thực vật và cây trồng.
1.3.2. Tại khu vực mỏ đồng Sinh Quyền – Lào Cai
Khu mỏ Sinh quyền mặc dù có trữ lượng đồng lớn và đa dạng các khoáng
vật, được khai thác theo quy mô công nghiệp nhưng trình độ chế biến sâu quặng
còn thấp, sản phẩm cuối cùng còn hạn chế. Tại khu mỏ này trong giai đoạn 1994 –
2005 chủ yếu mới là tinh quặng đồng, hàm lượng Cu: 18 – 20%, trong đó có chứa 6
– 8 gam/tấn Au, tinh quặng magnetit Fe khoảng 52%. Các thành phần có ích khác đi
kèm chưa được thu hồi, đều bị đưa vào bãi thải làm nguy cơ ô nhiễm kim loại nặng
và chất độc hại ngày càng cao.

18


Khu mỏ đồng Sinh Quyền hàng năm thải ra khoảng hàng trăm triệu tấn đất
đá còn lẫn quặng, khoảng một triệu tấn chất thải (dưới dạng bùn quặng) từ khâu
tuyển quặng và hàng chục nghìn tấn thải từ khâu luyện quặng. Mỏ dự kiến hoạt
động trong khảng thời gian 50 năm và tất nhiên sẽ sinh ra một khối lượng khổng lồ
chất thải nguy hại cho môi trường.[10]
1.4. Quá trình phong hoá quặng [7,12]
Phong hóa là hiện tượng biến đổi, phá hủy tại chỗ đất đá ở phần trên cùng
của vỏ trái đất do các tác nhân trong khí quyển, thủy quyển và sinh quyển (như
không khí, nước, nguồn năng lượng bức xạ mặt trời, sự biến đổi nhiệt độ, các quá
trình kết tinh và hoạt động của sinh vật...) làm đất đá và khoáng vật bị thay đổi
thành phần, cấu trúc và tinh thể.
Các đá được tạo thành dưới sâu trong điều kiện giống như điều kiện lúc hình
thành, nghĩa là tồn tại cũng ở sâu trong điều kiện nhiệt độ, áp suất cao thì chúng sẽ
ở trạng thái cân bằng. Nhưng nếu vì một lý do nào đó, các đá bị phơi ra bề mặt để
chịu những điều kiện mới: điều kiện về nhiệt độ, áp suất và các điều kiện vật lý của
môi trường xung quanh khác hẳn với môi trường khi chúng còn nằm sâu thì các đá

dần dần bị biến đổi.
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 các loại phong hoá 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.
1.4.1. Phong hoá vật lý
Phong hoá vật lý là quá trình làm các đá bị biến đổi mà không kèm sự biến
đổi về thành phần khoáng vật mà chỉ biến đổi về kiến trúc, cấu tạo của đá và biến đá
từ nguyên khối thành cục, vụn, hạt.

19


Phong hoá vật lý bao gồm những dạng sau:
* Phong hoá nhiệt: Động lực thúc đẩy các quá trình phong hóa nhiệt là sự
nung nóng bởi bức xạ mặt trời và các hoạt động địa chất ngoại lực như nước chảy,
gió thổi xảy ra trên bề mặt vỏ Trái Ðất. Các lớp đất đá ở những độ sâu khác nhau có
nhiệt độ khác nhau, do đó bị giãn nở khác nhau, khiến cho độ liên kết giữa các lớp
bị phá hủy dần rồi vỡ thành nhiều mảnh vụn. Các loại đá có cấu tạo tinh thể, có các
hạt với thành phần khoáng vật khác nhau, do đó có độ hấp phụ năng lượng mặt trời
và độ giãn nở khác nhau, dẫn đến sự phá hủy các khối đá cứng chắc thành những
vụn, như trong trường hợp tạo cát ở các vùng khô nóng. Mặt khác, trong những điều
kiện đất đá giống nhau thì khi dao động nhiệt độ càng đột ngột và có biên độ càng
lớn, hiệu ứng phong hóa nhiệt càng mạnh.
Như vậy, đối với loại phong hóa này, dao động nhiệt độ giữa ngày và đêm
đáng chú ý hơn cả. Phong hóa nhiệt hoạt động rất mạnh ở các khí hậu khô nóng –
các vùng sa mạc và bán sa mạc. Còn ở các vùng ẩm ướt, do lớp phủ thực vật và thổ
nhưỡng phát triển mạnh, bề mặt đá gốc được che phủ, biên độ dao động nhiệt độ
giữa ngày và đêm nhỏ nên quá trình xảy ra yếu hơn.

Trong đá thường có các lỗ hổng và các vết nứt nguyên sinh chứa đầy khí hay
nước. Khi nhiệt độ xuống thấp dưới O oC, nước ở thể lỏng chuyển thành thể rắn
(nước đóng băng) làm tăng thể tích tạo áp lực lớn lên thành khe nứt. Vì vậy, sau
mỗi lần nước trong khe nứt hóa băng, bản thân khe nứt lại bị giãn ra thêm một chút.
Hiện tượng hóa băng và tan băng xảy ra nhiều lần, khối đá bị phong hóa băng giá có
thể bị vỡ thành nhiều những tảng và mảnh vụn.
* Phong hoá cơ học do muối khoáng kết tinh: Nước trên bề mặt bốc hơi gây
ra sự vận chuyển nước mao dẫn 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

20


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.
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.
1.4.2. Phong hoá hoá học
Phong hóa hóa học là quá trình phá thủy đất đá do tác động hóa học giữa các
khoáng vật của đất, đá với nước, không khí, các chất hóa học chứa trong nước, đất
đá bị biến đổi về thành phần khoáng vật và hóa học.
Trong quá trình phong hoá tự nhiên, nhờ tác dụng phá vỡ, chia nhỏ đất đá và
nham thạch của các tác nhân vật lý ở quá trình phong hoá 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 hoá hoá học xảy ra sau đó gặp thuận lợi hơn rất nhiều. Khác với quá

trình phong hoá vật lý, quá trình phong hoá do tác dụng của các tác nhân hoá học
không chỉ làm cho đá vỡ vụn mà còn có thể làm cho thành phần hoá học của
khoáng vật và đá thay đổi. Các yếu tố như nước, không khí... tác động lên các
khoáng vật và đá làm cho chúng bị phá huỷ, thay đổi về hình dạng, kích thước,
thành phần và tính chất hoá học. Có thể nói, phong hoá hoá học chính là các phản
ứng hoá học diễn ra do sự tác động của nước và không khí lên đá và khoáng vật.
Phong hoá hoá học được chia thành 4 quá trình chính là: Oxi hoá, hyđrat
hoá, hoà tan và sét hoá.
* Quá trình hoà tan: Nước có thể hoà tan nhiều loại khoáng chất, đất đá và
nham thạch. Quá trình hoà tan phụ thuộc nhiều vào thành phần của nham thạch và

21


các khoáng vật. Đối với các khoáng vật có chứa các muối dễ bị hoà tan như muối
clorua, muối sulfat của các cation kim loại kiềm thì khả năng hoà tan của 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 hoà tan của chúng trong nước nhỏ hơn. Nếu trong nước có
chứa nhiều CO2 thì tốc độ hoà tan của các muối trong khoáng sẽ nhanh hơn rất
nhiều. Đặc biệt là các khoáng cacbonat và muối mỏ. Các khoáng vật và đá bị hoà
tan tạo thành các dung dịch thật.
Một ví dụ điển hình về quá trình phong hóa đá cacbonat (CaCO 3) được biểu
diễn bằng các phản ứng sau:

* Quá trình hyđrat hoá: Là quá trình nước tham gia vào mạng lưới tinh thể
của khoáng vật. thực chất đây là quá trình nước kết hợp với khoáng vật làm thay đổi
thành phần hoá học của khoáng vật (biến các khoáng vật thành dạng hydrat). Các
hydrat được hình thành sau quá trình hydrat hoá thường có độ cứng thấp hơn và thể
tích lớn hơn so với quặng, khoáng ở trạng thái bình thường. Vì thế chúng rất dễ bị
phá vỡ thành các mảnh vụn nhỏ hơn.

Ví dụ:
CaSO4 → CaSO4.2H2O
Anhyđri

Thạch cao

Fe2O3 → Fe2O3.nH2O
Hematit

Limonit

* Quá trình oxi hoá khử: Quá trình này phụ thuộc chặt chẽ vào sự xâm nhập
của O2 tự do trong không khí và O 2 hoà tan trong nước. Quá trình oxi hoá làm cho

22


khoáng vật và đá bị biến đổi, bị thay đổi về thành phần hoá học. Do trong khoáng
vật, đá và quặng thường có chứa các ion mức oxi hoá như Fe(II), Mn(II), Cu(I)...
nên khi gặp môi trường oxi hoá chúng dễ dàng chuyển thành các dạng có mức oxi
hoá 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 oxi
không khí thường bị oxi hoá chuyển thành Fe(III) gây ra những thay đổi về thành
phần của quặng.
Ví dụ:
- Quặng pyrit bị oxi hóa theo một loạt các phản ứng sau [2,14, 20, 21]
FeS2 + 3,5O2 + H2O → Fe+2 + 2SO42- + 2H+
Fe2+ + 0,25O2 + H+ → Fe3+ + 0,5H2O
Fe3+ + 3H2O → Fe(OH)3 + 3H+

FeS2 + 3,75O2 + 3,5H2O → Fe(OH)3 + 2SO42- + 4H+
Axit H2SO4 và Fe3+ được giải phóng ra trong quá trình oxi hoá sun phua sắt
có thể tác dụng lên các khoáng vật sun phua khác và đẩy nhanh quá trình phân huỷ
chúng theo phản ứng [6].
MS + H2SO4 → H2S + MSO4
2MS +2Fe2(SO4)3 + 2H2O + 3O2 → 2MSO4 + 4FeSO4 + 2H2SO4
(M là các kim loại hoá trị hai: Cu. Pb. Zn...)
- Chancopyrit bị oxy hóa khi có mặt oxy [11]
CuFeS2 + 4O2 → Cu2+ + Fe2+ + 2SO42Nhưng khi có mặt Fe3+ thì xáy ra theo phương trình

23


CuFeS2 + 16Fe3+ + 8H2O → Cu2+ + 17Fe2+ + 2SO42- + 16H+
* Quá trình sét hoá: Các khoáng vật silicat. nhôm silicat do tác động của
H2O. CO2 sẽ bị biến đổi tạo thành các khoáng sét (keo sét). Các chất kiềm và kiềm
thổ trong khoáng vật bị H+ chiếm chỗ trong mạng lưới tinh thể được tách ra dưới
dạng hoà tan. Như vậy thực chất của quá trình sét hoá là các quá trình hoà tan.
hyđrat hoá chuyển các khoáng vật silicat. nhôm silicat thành các khoáng vật thứ
sinh. các muối và oxít.
Ví dụ:
K2Al2Si6O16 + H2O + CO2 → H2Al2Si2O8.2H2O + K2CO3 + SiO2.nH2O
Fenspatkal(orthoclaz)

Kaolini

Opan

1.4.3. Phong hoá sinh học
Hoạt động của sinh vật bậc thấp, bậc cao cũng tham gia phá huỷ các khoáng

vật và đá. Rễ cây xuyên vào các khe nứt hút nước và các chất khoáng, theo thời
gian, rễ to dần phá vỡ đá. Mặt khác rễ cây tiết H 2O và CO2 tạo H2CO3 để hoà tan đá
và khoáng vật. Khi chết xác sinh vật bị phân huỷ sinh ra các axit hữu cơ góp phần
hoà tan các khoáng vật và đá. Do vậy, bản chất của phong hoá sinh học là phong
hoá vật lý và hoá học do sự tác động của sinh vật lên khoáng vật và đá. Cũng trong
quá trình này mẫu chất được tích luỹ chất hữu cơ do cơ thể sinh vật, các loại nấm,
tảo, địa y... để lại khi còn sống cũng như sau khi chết, tiết ra nhiều loại axit có tác
dụng phá hủy đất đá.
1.5. Các quá trình sau phong hóa quặng sunfua
Khi khai thác quặng, các loại đá, quặng nghèo, quặng thải và phần thải trong
tinh luyện quặng được đổ ra môi trường, theo thời gian, dưới tác dụng của điều kiện
tự nhiên chúng bị phong hóa giải phóng ra các kim loại ở dạng ion đi vào trong môi
trường nước, di chuyển trong môi trường và gây ảnh hưởng môi trường nghiêm
trọng.

24


Quá trình phong hóa quặng sun phua thì sản phẩm thứ cấp chính là các muối
sun phát: Fe2+SO4.nH2O, MgSO4.nH2O, CuSO4.5H2O, ZnSO4.7H2O, ZnSO4.H2O,
Na2Mg(SO4)2.4H2O [11]. Các oxit và hidroxit cũng được hình thành như α-FeOOH,
g-FeOOH, b-FeO(OH.Cl), g-Fe2O3, Zn2Mn43+O8.H2O, Fe2+TiO3. MnO2. Các hợp
chất

cacbonat.

phốt

H2Ca4Mg(AsO4)4.11H2O,

phát

và

asenat

CaHAsO4.2H2O,

CaMg3(CO3)4,

Pb5(PO4)3Cl,

CaHAsO4.H2O,

CaHAsO4,

FeAsO4.2H2O.
Như vậy sau quá trình phóng hóa do tác động của các yếu tố môi trường thì
các kim loại trong sun phua trở thành các ion tự do linh động đi vào môi trường
nước; còn sun phua thì biến thành sun phat và nó tạo thành từng dòng axit mỏ.
Nồng độ kim loại và sun phát trong dòng thải mỏ axit là lớn và pH thấp 0,1-1, nồng
độ của SO42-, Fe, Cu, Zn tương ứng là 7,6.105 mg/l, 8,6.104 mg/l, 120-650 mg/l,
700-2.600 mg/l [11]. Khi các ion kim loại đi vào trong môi trường, chúng lại thực
hiện một loạt các phản ứng kết tủa, tạo phức, thủy phân...
1.5.1. Quá trình tạo kết tủa
Khi gặp môi trường pH cao, các ion này sẽ bị thủy phân về dạng hidroxit kết
tủa. hay khi gặp các ion CO32-, PO43-, S2-... thì các ion này sẽ kết tủa lại và lắng
xuống bùn hay trầm tích, khi gặp điều kiện môi trường thuận lợi như pH thấp hay
chúng tạo phức tan với các axit hữu cơ có trong nước thì chúng sẽ giải phóng khỏi
kết tủa và tiếp tục di chuyển trong môi trường.

MS + 2H+ → M2+ + H2S
M2+ + OH- → M(OH)+
M2+ + Cl- → MCl+
M2+ + PO43- → M3(PO4)2
M2+ + CO32- → MCO3

25