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

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

Trƣơng 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 trƣờng
Mã số: 60 8502

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC

PGS.TS. Đồng Kim Loan

HÀ NỘI - 2012

1


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 hƣớng dẫn nhiệt tình của các thầy
cô khoa Môi trƣờng, trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên. Tôi xin chân thành cảm
ơn tập thể các thầy cô khoa môi trƣờng, bộ môn Công nghệ Môi trƣờng đã tạo
điều kiện cho tôi đƣợc 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 ngƣời
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
Trƣơng Thị Tâm

2


MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC BẢNG
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
MỞ ĐẦU .......................................................................................................................... 5
Chƣơng 1. TỔNG QUAN ................................................................................................. 7
1.1. Khoáng vật sunfua ................................................................................................. 7
1.1.1. Đặc điểm chung các khoáng vật sunfua ......................................................... 7
1.1.2. Quặng pyrit sắt ................................................................................................ 8
1.2. Quá trình phong hóa quặng sunfua ...................................................................... 12
1.2.1. Phân loại quá trình phong hóa ..................................................................... 12
1.2.2. Quá trình oxy hóa các mỏ sunfua ................................................................ 17
1.3. Hiện trạng ô nhiễm và các tác động của KLN đến môi trƣờng khu vực khai thác
quặng và vùng lân cận ................................................................................................ 20
1.3.1. Hiện trạng ô nhiễm kim loại nặng ................................................................ 20
1.3.2. Ảnh hƣởng của kim loại nặng đến môi trƣờng và cơ thể sống ..................... 24
1.3.3. Giới thiệu một số KLN và tác động của chúng đến môi trƣờng, con ngƣời 25
Chƣơng 2. ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .................................. 33
2.1. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu ....................................................................... 33
2.2. Phƣơng pháp nghiên cứu ..................................................................................... 33

2.2.1. Phƣơng pháp kế thừa .................................................................................... 33
2.2.2. Khảo sát thực địa .......................................................................................... 33
2.2.3. Nghiên cứu trong phòng thí nghiệm ............................................................. 34
2.3. Nội dung nghiên cứu ............................................................................................ 35
2.3.1. Danh mục hoá chất, thiết bị cần thiết cho nghiên cứu .................................. 35
2.3.2. Nghiên cứu các ảnh hƣởng đến khả năng cộng kết – hấp phụ các kim loại
nặng lên sắt (III) hydroxit ....................................................................................... 36
2.3.3. Nghiên cứu quá trình phong hoá giải phóng KLN trong điều kiện ngập
nƣớc có tích lũy ...................................................................................................... 37
2.3.4. Nghiên cứu quá trình phong hoá giải phóng KLN trong điều kiện xung
nƣớc có tích lũy ...................................................................................................... 39

3


Chƣơng 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ..................................................................... 40
3.1. Quá trình kết tủa, cộng kết và hấp phụ của các KLN .......................................... 40
3.1.1. Quá trình oxi hóa- thủy phân và các dạng kết tủa của sắt ............................ 40
3.1.2. Khảo sát ảnh hƣởng của nồng độ ion sắt(II) đến khả năng cố định một số
kim loại nặng Zn, Cu, Pb, As, Cd, Mn ................................................................... 40
3.1.3. Kết quả khảo sát ảnh hƣởng của pH đến khả năng kết tủa hydroxit Fe(III)
và cộng kết một số kim loại nặng ........................................................................... 42
3.2. Kết quả nghiên cứu giải phóng KLN trong điều kiện ngập nƣớc có tích lũy ...... 44
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 ......................................................... 44
3.2.2. Sự biến thiên nồng độ của ion sunfat (SO42-).............................................. 49
3.2.3. Kết quả khảo sát các ảnh hƣởng đến quá trình phong hoá giải phóng các
KLN trong điều kiện ngập nƣớc ............................................................................. 51
3.3. Kết quả nghiên cứu giải phóng KLN trong điều kiện xung có tích lũy ............... 55
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 ............................ 55
3.3.2. Sự biến thiên nồng độ ion sunfat trong điều kiện xung ................................ 60
3.4. So sánh khả năng giải phóng KLN từ hai điều kiện phong hóa bãi thải, quặng
đuôi nghèo pyrit .......................................................................................................... 62
KẾT LUẬN..................................................................................................................... 70
TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................. 71

4


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 ngƣời, công nghệ khai thác non
kém và lạc hậu nên đã để lại những hệ lụy xấu cho môi trƣờng. 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 trƣờng tự nhiên và hệ sinh thái, mà điển hình là khu vực
quanh bãi chứa đất đá thải và quặng đuôi- một lƣợng 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 trƣờng.
Trong các KLN, chỉ có một số nguyên tố là cần thiết cho các sinh vật ở
một ngƣỡng nồng độ tới hạn nào đấy nhƣ Cu, Zn, Mn, Mo…; còn đa số với đặc
tính bền vững trong môi trƣờng đều có khả năng gây độc ở liều lƣợng 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 nƣớc trên thế giới nhƣ 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 nhƣ chƣa có, nhƣng bằng chứng về các tác động xấu tới sức khỏe con
ngƣời, hủy diệt và làm suy thoái hệ sinh thái khu vực thì quá nhiều. Một trong
những điểm “ nóng ” về ô nhiễm môi trƣờng do khai thác quặng là sự kiện “làng
ung thƣ Thạch Sơn” (Giáp lai, Thanh Sơn, Phú Thọ) [6,15]. Ngoài tác động đến
sức khỏe con ngƣời do ô nhiễm từ khai thác và chế biến khoáng sản, còn phát
hiện thấy sự tồn lƣu của các KLN trong sản phẩm chè trồng tại vùng mỏ thiếc
huyện Đại Từ, tỉnh Thái Nguyên [16], ... Môi trƣờng nhiều điểm nhƣ mỏ kẽm,
chì Làng Hích (Thái Nguyên), mỏ đồng Sinh Quyền (Lào Cai), khai trƣờng của
các nhà máy xi măng Bút Sơn, Bỉm Sơn, Tam Điệp đều bị ô nhiễm nặng nề.

5


Nồng độ các KLN nhƣ đồng, chì, kẽm, sắt… trong các nguồn nƣớc 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 dƣ 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 (FeS2)” đã đƣợc lựa chọn nhằm
mục đích:
- Nghiên cứu khả năng phong hóa giải phóng KLN từ quặng đuôi nghèo
FeS2 ra môi trƣờng trong điều kiện ngập nƣớc và xung (thấm từng đợt) nƣớc.
- Nghiên cứu các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình phong hóa và các quá
trình tƣơng tác biến đổi cũng nhƣ 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 trƣờng, hệ sinh thái nói chung và sức khỏe con ngƣời
nói riêng.

6

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

Sulfo – muối

Covelin Cu2S.CuS2

Pyrargyrit Ag3SbS3

Chalcopyrit Cu2S.Fe2S3

Burnonit PbCuSbS3

Trong một số sunfua, lƣu huỳnh bị mất đi khi nung nóng nhƣ pyrit (FeS2),

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 thƣờng 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
thƣờng có dạng tập hợp hạt, sợi, vảy. Các sunfua thƣờng gặp đa phần là các loại
song tinh đa hợp, liên tinh song song, liên tinh của các khoáng vật khác nhau nhƣ
liên tinh của pyrit – marcasit, tetrahedrit – sphalerit, tetrahedrit – chalcopyrit.

7


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 trƣng. Trong thành phần khoáng vật sunfua nếu có Cu2+ thì có màu xanh,
tím đỏ…
Khoáng vật sunfua thƣờng không trong suốt. Tuy nhiên vẫn có khoáng vật
trong suốt, nhƣng chiếm lƣợng không đáng kể nhƣ 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 tƣơng 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 cƣơng, 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

đƣợc di chuyển dƣới 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 dƣới dạng hợp chất phức tạp với Cl, F, Br… Ngoài ra, sunfua còn đƣợc
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 tƣơng 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 FeS2.
pyrit là khoáng vật phổ biến nhất trong các khoáng vật sunfua và thƣờng có
mwatj nhiều trong các khoáng vật sunfua. Pyrit có ánh kim và sắc vàng đồng từ

8


nhạt tới thông thƣờng của khoáng vật này đã tạo nên tên hiệu riêng của nó là
“vàng của kẻ ngốc” do nó trông tƣơng tự nhƣ vàng. Pyrit là khoáng vật phổ biến
nhất trong các khoáng vật sulfua. Tên gọi pyrit bắt nguồn từ tiếng Hy Lạp
πσρίτης (puritēs) nghĩa là “của lửa” hay "trong lửa”, từ πύρ (pur) nghĩa là “lửa”.
Tên gọi này có lẽ là do các tia lửa đƣợc 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 đƣợc 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 trƣờng hợp này, lƣu huỳnh tham gia vào sự tạo thành thạch
cao và các sulfua. Thƣờng hay gặp giả hình của limonit theo pyrit. Những mũ sắt
của những mỏ quặng thƣờng đƣợc tạo thành do phá hủy sulfua, chủ yếu là pyrit.
Pyrit thông thƣờng đƣợc tìm thấy ở dạng gắn liền với các sulfua hay ôxít
khác trong các mạch thạch anh, đá trầm tích, đá biến chất cũng nhƣ 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”, nhƣng một lƣợng nhỏ vàng đôi khi cũng đƣợc
tìm thấy trong quặng chứa khoáng vật này. Vàng và asen xuất hiện nhƣ 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 lƣợng 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 trƣng tƣơng tự của
chúng. Marcasit là dạng đa hình của pyrit, nghĩa là nó có cùng một công thức
nhƣ pyrit nhƣng 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 nhƣ trong pyrit do các
nguyên tử lƣu huỳnh xuất hiện trong các cặp tƣơng tự nhƣ persulfua [7].
Marcasit/pyrit có lẽ là cặp đa hình phổ biến bậc nhất chỉ sau cặp kim
cƣơng/graphit (than chì). Bề ngoài của marcasit có ánh bạc nhiều hơn pyrit một
chút.

9


Pyrit thông thƣờng cũng đƣợc dùng trong nghề kim hoàn mỹ nghệ để làm
các chuỗi hạt hay vòng đeo tay [các viên đá nhỏ đƣợc đánh bóng và tạo mặt,
đƣợc 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, nhƣng thông thƣờng là: Fe
– 46,6%; S – 53,4%. Pyrit thƣờng 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 đƣợc thay thế bằng (S2)2-, phân bố dọc theo trục bậc 3,
còn ion Fe(II) ở tâm của hình 8 mặt. Pyrit thƣờng có dạng hạt, dạng khối đặc sít.
Trong thực tế, pyrit thƣờng xuất hiện dƣới dạng các khối lập phƣơng, có

mặt nhƣ là các tinh thể đẳng cực. Các mặt của lập phƣơng có thể có sọc (các
đƣờng song song trên mặt tinh thể hay mặt cát khai), do kết quả của sự xen kẽ
các khối lập phƣơng với các mặt diện pyrit. Pyrit cũng hay xuất hiện dƣới 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 trƣng để phân biệt, đƣợc giải phóng ra khi
mẫu vật bị tán nhỏ; Không hòa tan trong HCl, hòa tan trong HNO3 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 lƣu huỳnh trong sản xuất axit sunfuric
cần cho nhiều ngành công nghiệp, trong đó ngành sản xuất phân lân chiếm một
lƣợng lớn. Ngoài việc điều chế axit sulfuric, xỉ từ quặng pyrit còn có thể sử dụng
nhƣ quặng sắt nếu hàm lƣợng Fe đạt đến 60 ÷ 62% dƣới dạng Fe2O3; 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 đƣờng sắt)
hoặc sử dụng nhƣ một chất hấp phụ cho xử lý dòng thải khí từ các lò hơi.

10


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
đƣợc đoàn địa chất 25 (cũ) tiến hành tìm kiếm thăm dò năm 1962. Trong những
năm 1970 đến đầu 1990, mỏ đã đƣợc đƣa 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 hƣởng đến môi trƣờng đất và
nƣớc 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 phƣơng 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
thƣa và hàm lƣợng lƣu 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 lƣợng S < 30% (một số ít là quặng giầu
dạng khối đặc xít có hàm lƣợng S > 30%).
Thành phần có ích trong khoáng vật ở đây là lƣu huỳnh, hàm lƣợng trung
bình của S trong quặng ở vào khoảng 24 ÷ 25%. Thành phần gây nguy hại là As,
F...; hàm lƣợng As trung bình thƣờng nhỏ hơn 0,1%, hàm lƣợng 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
đƣợc 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 lƣợng lƣu 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.

11


Tụ khoáng Bản Giôn
Tụ khoáng Bản Giôn thuộc xã Thƣợng Long, huyện Phú lộc, tỉnh Thừa
Thiên Huế, đƣợc 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 Vƣơng (ε- O av). Tụ khoáng có hai loại quặng: eluvi-deluvi và quặng

gốc. Năm 1984, chùm thân quặng số 4 đƣợc 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 lƣợng 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 lƣợng
Au 0,2-1,8 g/t và Ag 1-24,4 g/t.
Ngoài ra, quặng pyrit còn đƣợc 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
Dƣới sự tác động của nƣớc, các chất khí nhƣ O2, CO2… và nguồn năng
lƣợng 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 đƣợc 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 tƣơng 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
thƣớc khác nhau nhƣng chƣa 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:

12


* 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 nhƣ nƣớc

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 đƣợc 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. Nhƣ 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 phƣơng 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 thƣờng có sự chênh lệch nhiệt độ
giữa ngày và đêm lớn nên vào ban đêm có thể nghe đƣợc tiếng nổ vỡ của đá
trong vùng. Trong đá thƣờng có các lỗ hổng và các vết nứt nguyên sinh chứa đầy
khí hay nƣớc. Khi nhiệt độ xuống thấp dƣới OoC, nƣớc ở thể lỏng chuyển thành
thể rắn (nƣớc 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 nƣớc
lên mặt đất; nƣớc trên bề mặt bốc hơi gây ra sự vận chuyển nƣớc mao quản lên
mặt đất. Trong quá trình này, nƣớc mao dẫn hoà tan các muối khoáng và đƣa lên
trên bề mặt. Tại đây, nƣớc 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.

13

Các mảnh vụn sinh ra có thể di chuyển đi nơi khác theo dòng nƣớc chảy
hoặc gió thổi sẽ phá huỷ các đá trên đƣờng 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 trƣớc
đó đã làm cho diện tích tiếp xúc của đá với môi trƣờng 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 nhƣ H2O, O2, CO2, …
tác động lên khoáng vật và đá làm cho chúng bị phá hủy, thay đổi về hình dạng,
kích thƣớc, 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 H2O, O2, CO2 lên đá và
khoáng vật. Phong hóa hóa học đƣợc chia thành 4 quá trình chính là oxy hóa,
hydrat hóa, hòa tan và sét hóa.
* Quá trình hòa tan
Xảy ra do nƣớc 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 nhƣ muối clorua, muối sunfat của các cation kim loại kiềm thì khả năng
hòa tan của các khoáng vật trong nƣớc là rất lớn. Nhƣng đối với một số loại nham
thạch khác nhƣ đá vôi và quặng đôlômit thì tốc độ hòa tan của chúng trong nƣớc
nhỏ hơn. Nếu trong nƣớc chứa nhiều CO2 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 nhƣ sau:
CaCO3+ H2O+ CO2 → Ca(HCO3)
Các khoáng vật và đá bị hòa tan tạo thành các dung dịch thật.

14


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

→ CaSO4.2H2O ;

Fe2O3

thạch cao

hematit

→

Fe2O3.nH2O
limonit

* Quá trình oxy hóa
Quá trình oxyhóa phụ thuộc chặt chẽ vào sự xâm nhập của O2 tự do trong
không khí và O2 hòa tan trong nƣớc. 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 thƣờng

chứa các ion có mức oxy hóa thấp nhƣ Fe(II), Mn(II), Cu(I)... nên khi gặp môi
trƣờng 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 trƣờng phản ứng. Các khoáng vật có chứa Fe(II) khi tiếp xúc với oxy không
khí thƣờng bị oxy hóa chuyển thành Fe(III) gây ra những thay đổi về thành phần
của quặng. Trong môi trƣờng oxy hóa, ví dụ nhƣ quặng Fe2SiO4 có thể bị oxy
hóa thành Fe2O3 và khoáng vật FeS2 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 nhƣ
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+

15

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 lƣới tinh thể đƣợc tách ra dƣới
dạng hòa tan. Nhƣ 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 nƣớc và các chất khoáng,
theo thời gian, rễ to dần sẽ phá vỡ đá. Mặt khác rễ cây tiết ra H2O 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 đƣợc 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 ngƣời 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 nhƣ vậy, pyrit bị lộ thiên ra ngoài không khí trong
quá trình khai thác mỏ và khai quật sẽ phản ứng với ôxy và nƣớc để tạo thành
sunfat, gây ra sự thoát nƣớc mỏ axít. Quá trình axit hóa này còn đƣợc tạo ra từ
phản ứng của vi khuẩn chi acidithiobacillus; Các vi khuẩn này tìm kiếm nguồn
năng lƣợng của chúng bằng cách oxyhóa các ion Fe(II) thành các ion Fe(III) với
việc sử dụng oxy nhƣ là tác nhân oxyhóa. Các ion sắt III, đến lƣợt mình, lại tấn

16


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 O2, CO2 và H2O.
Khí quyển có thành phần trung bình gồm 78,08% N2; 20,95% O2 và 0,04% CO2;
nhƣng thành phần khí hoà tan trong nƣớc mƣa thì khác – N2 chỉ chiếm 60%, 30%
là O2 và 10% còn lại là CO2. Trên đƣờng đi từ mặt đất qua lớp thổ nhƣỡng
xuống sâu hơn, nƣớc mƣa ngày càng giàu CO2 do hoà tan lƣợng CO2 sinh ra từ
các chất hữu cơ bị phân huỷ. Vì vậy, vai trò của CO2 không kém phần quan trọng
so với O2 và H2O là tác nhân phong hoá không thể thiếu đƣợc. 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 đƣợc giải
phóng ra nhiều hơn. Sở dĩ các sunfua rất dễ bị biến đổi là vì lƣu huỳnh ở dạng
khử (S-2) trong các hợp chất này dễ dàng bị oxi hoá lên mức (+6) ở dạng SO42theo phản ứng sau:
S2- + 4H2O → SO42- + 8H+ + 8e (E0 = 0,16V)
Trong điều kiện trên mặt đất, sunfua và các hợp chất tƣơng tự của chúng
không bền vững và dễ bị phá huỷ. Trong quá trình oxi hoá, chúng chủ yếu đƣợc
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.Hƣớng chung của quá trình phong
hoá khoáng vật sunfua là dẫn tới giải phóng lƣu huỳnh. Do đó, trong các mỏ
sunfua thấy có sự phân đới rõ ràng - bắt đầu từ đới oxi hoá:
RS + 2O2

→

RSO4

17

R – kim loại


Ở phần dƣới đới oxi hoá, do H2SO4 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
Thạch cao

Malachit
CuSO4 + 2FeSO4

→ 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 nƣớc ngầm), ở đây sẽ xuất hiện H2S 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 nhƣ 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 lƣợng lớn các kim loại và sunfua thứ sinh, đới này có giá
trị lớn. Một số nguyên tố nhƣ 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 O2, FeSO4 không bền vững và sẽ bị biến đổi theo phản
ứng sau:
4FeSO4 + 2H2SO4 + O2 = 2Fe2(SO4)3 + 2H2O

18


Trong môi trƣờng nƣớc mang tính axit yếu, Fe2(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 dƣới dạng keo và tiếp tục bị biến đổi thành
limonit (Fe2O3.nH2O), cũng nhƣ các hydrooxit Fe khác là hydrohematit Fe2O3(01)H2O, goetit FeO(OH) hầu nhƣ không tan trong nƣớc và nằm lại trong đới
oxyhóa. Do các hợp phần khác của quặng sunfua bị mang đi, nên lƣợng 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) đƣợc 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
trƣờng sẽ làm thay đổi độ linh động của ion đi kèm nhƣ Cu(II), As(III) và một số
nguyên tố KLN khác; dẫn đến đƣợc giải phóng dễ dàng và phát tán vào môi
trƣờng nhờ nƣớc..., 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 tƣơng tự nhƣ quá trình tự
nhiên nhƣng tốc độ lớn hơn nhiều. Do vậy đây là một trong những nguồn phát
tán KLN và chất độc hại vào môi trƣờng cần đƣợc quan tâm nghiên cứu.

19


1.3. Hiện trạng ô nhiễm và các tác động của KLN đến môi trƣờng khu vực
khai thác quặng và vùng lân cận
1.3.1. Hiện trạng ô nhiễm kim loại nặng
Hoạt động khai thác và chế biến khoáng sản luôn dẫn đến việc phát tán
các chất ô nhiễm vào môi trƣờng tự nhiên. Trong đó các hoạt động khai thác, chế
biến khoáng sản là một trong những nguồn gây ô nhiễm có tác động mạnh nhất
lên tất cả các hệ sinh thái trên mặt đất và con ngƣời, mà đặc biệt là tác động của
các kim loại nặng.
Ô nhiễm KLN là một trong các loại hình ô nhiễm rất nguy hiểm của môi
trƣờng. Bản thân đất đá và các mạch quặng, thân quặng khu vực mỏ đã có hàm
lƣợng tập trung cao của các KLN. Trong quá trình tồn tại, chúng chịu tác động
của các quá trình phong hóa và biến đổi ngoại sinh khác đã làm phát tán các
KLN vào hệ thống sông, suối, đất quanh khu vực mỏ.

Thêm vào đấy, quá trình khai thác và chế biến khoáng sản làm phát tán
một lần nữa các KLN vào môi trƣờng nƣớc, đặc biệt sự phát tán lần này diễn ra
với cƣờng độ lớn hơn nhiều làm ảnh hƣởng nghiêm trọng môi trƣờng sống nơi
khai thác và khu vực lân cận. Các nguyên tố này, trong quá trình khai thác sẽ bị
biến đổi và kết hợp với nhau để tạo ra chất mới (thậm chí độc hại hơn nguyên tố
ban đầu), gây suy thái môi trƣờng đất, nƣớc và hệ sinh thái.
1.3.1.1. Hiện trạng ô nhiễm tại một số điểm khai thác mỏ ở Việt Nam
Đầu năm 2007, các nhà khoa học thuộc Viện Công nghệ Môi Trƣờng,
Viện Sinh thái và Tài nguyên Sinh vật thuộc Viện Khoa học và Công nghệ Việt
Nam và Đại học Quốc gia Hà Nội, đã lấy hàng trăm mẫu đất và cây tại các vùng
mỏ để phân tích thành phần, hàm lƣợng KLN [3]. Qua phân tích cho thấy, tất cả
các mỏ đều là điểm nóng về ô nhiễm, điển hình là mỏ thiếc xã Hà Thƣợng và mỏ
than núi Hồng bị ô nhiễm asen nghiêm trọng, với hàm lƣợng asen trong đất gấp
17 – 308 lần tiêu chuẩn cho phép của Việt Nam; thậm chí có nơi hàm lƣợng asen
trong đất lên đến 15.166 ppm, gấp 1.262 lần theo quy định. Mỏ kẽm, chì làng

20


Hích (Thái Nguyên) cũng có hàm lƣợng chì gấp 186 lần tiêu chuẩn và kẽm gấp
49 lần. Việc khai thác mỏ thiếc, quặng đuôi thƣờng chứa arsenopyrit (1 – 2%),
chalcopyrit (1%) và pyrit (10 – 15%) [1, 5, 6].
Các khoáng vật sunfua này bị oxi hoá tạo ra dòng thải axit mỏ có nồng độ
các kim loại cao. Sự lan toả của As và sự oxyhoá các kim loại độc hại nhƣ Cu,
Cd từ các dòng thải axit mỏ qua các đống thải cũng đã không đƣợc chú ý. Có nơi
nƣớc thải từ mỏ và xƣởng tuyển đƣợc thải trực tiếp ra cánh đồng lúa với hàm
lƣợng asen gấp 30 lần nƣớc bình thƣờng. Ở mỏ thiếc Quỳ Hợp, dòng thải của nhà
máy đƣợc thải trực tiếp ra con suối gần đó. Hàm lƣợng As trong chất thải rắn rất
cao (355 mg/kg) so với hàm lƣợng đƣợc coi là không ô nhiễm trên thế giới là 5 –
20 mg/kg [2, 5, 6, 37].

Các nghiên cứu đã đƣợc tiến hành tại 5 khu mỏ đại diện cho các loại hình
khoáng sản kim loại phổ biến ở miền Bắc nƣớc ta gồm: chì- kẽm Nam Chợ Đồn,
Titan Cây Châm, Đồng Sinh Quyền, atimon Mậu Duệ và thiếc Kỳ Lân cho thấy
ở tất cả các khu mỏ đều có hiện tƣợng ô nhiễm KLN nhƣ Pb, As, Ni, Cu, As
trong đất và nƣớc mặt. Đáng chú ý là hiện tƣợng ô nhiễm Cd trong nƣớc mặt ở
các khu mỏ Mậu Duệ và Cây Châm (> 40% số mẫu), trong đó có những mẫu
vƣợt tiêu chuẩn cho phép tới 5-6 lần. Trong hầu hết các mẫu đất ở các mỏ Kỳ
Lâm, Chợ Đồn, Cây Châm và Sinh Quyền đều có hàm lƣợng As, Cu vƣợt tiêu
chuẩn cho phép. Tại khu mỏ Chợ Đồn, 100% số mẫu đất có hàm lƣợng Pb và Zn
vƣợt tiêu chuẩn cho phép, còn ở sinh quyền và cây châm cũng có tới 50% số mẫu
bị ô nhiễm Pb. Riêng mẫu đất ở mỏ Chợ Đồn có tới 43% số mẫu có hàm lƣợng
Cd vƣợt tiêu chuẩn cho phép [1, 11, 17].
Tại mỏ Giáp lai thuộc huyện Thạch Sơn, tỉnh Phú Thọ sau khi khai thác
đã hình thành ba hồ nhân tạo bởi các moong khai thác đƣợc mô tả “dày đặc
những bọt khí lăn tăn màu nâu sẫm, mùi hắc chứa axit sunfuaric và chính là “thủ
phạm” nhuộm tầng đáy của ba hồ nƣớc trên thành màu máu đỉa mà dân địa
phƣơng gọi là “ hồ chết” bởi mọi sinh vật xung quanh đều tàn lụi, tiêu điều. Hiện
chƣa có thống kê nhƣng trong xã đã có rất nhiều ngƣời chết vì bệnh “ung thƣ” đa

21


phần là ung thƣ gan [14]. Kết quả phân tích đất và nƣớc từ các hồ, bãi thải và
nƣớc ruộng xung quanh hồ cho thấy bùn đáy hồ và đất mặt bị ô nhiễm khá nặng
và các nguyên tố Cu, Pb, Zn, Cd, As. Nƣớc hồ bị ô nhiễm nhẹ bởi các nguyên tố
Cu, Pb; Cây ăn quả và hoa mầu cũng nhƣ lúa đều bị nhiễm các kim loại độc hại.
Kết quả phân tích các chỉ số địa hóa có thể thấy phần lớn các mẫu phân tích đều
có độ axit cao (pH = 4-5) hoặc có độ dẫn điện vƣợt quá giới hạn cho phép (Ec >
1,0 mS/cm). Đồng thời hàm lƣợng SO42- vƣợt quá khoảng hàm lƣợng SO42- trung
bình trong các sông hồ. Điều này phản ánh môi trƣờng hiện tại là môi trƣờng axit

cao, oxy hóa mạnh ảnh hƣởng xấu đến việc nuôi thả cá trong các hồ nhân tạo mới
hình thành [9, 14, 15].
1.3.1.2. Hiện trạng ô nhiễm tại một số điểm khai thác mỏ trên thế giới
Môi trƣờng tại các khu vực khai thác quặng trên thế giới hiện cũng đang
bị ô nhiễm trầm trọng. Trong 10 thành phố ô nhiễm nhất thế giới thì có 5 thành
phố ô nhiễm do hoạt động khai thác và xử lý quặng [23,30].
Từ những thập niên đầu thế kỷ 20 những ảnh hƣởng của khai thác mỏ đến
đời sống con ngƣời đã đƣợc phát hiện do gây ra các chứng bệnh. Vào năm 1946,
ở vùng Funchen thuộc quận Toyoma (Nhật Bản), xuất hiện một hội chứng với
đặc điểm là biến dạng xƣơng, dễ gãy xƣơng, đau cơ, rối loạn thận, nhất là ở phụ
nữ lớn tuổi sinh đẻ, làm hàng trăm ngƣời chết đã thu hút chú ý của giới y học
trong vùng[26]. Các nhà nghiên cứu đã phát hiện các bệnh nhân hấp thụ mỗi
ngày 600 mg Cd do ăn gạo nhiễm nƣớc sông Jinsu bị ô nhiễm bởi quặng và xỉ từ
một nhà máy chế biến cadmi [27]. Tại thành phố Sukinda ở Ấn Độ là thành phố
có những mỏ quặng crom lộ thiên lớn nhất thế giới, có tới 60% nƣớc sinh hoạt ở
đây chứa Cr(VI). Theo ƣớc tính của một tổ chức y tế, ở Ấn Độ khoảng 84,75%
số trƣờng hợp tử vong tại các khu vực khai thác quặng do các bệnh liên quan tới
Cr(VI) [28].
Năm 2008, Manfred Felician Bitala đã nghiên cứu ô nhiễm KLN đƣợc
tích luỹ trong đất và cây trồng từ mỏ vàng ở Geita, Tanzanian [29] cho thấy tất cả

22


các mẫu nghiên cứu đều vƣợt tiêu chuẩn cho phép. Cụ thể, trong các mẫu đất
nồng độ của Hg vƣợt quá tiêu chuẩn là 6.606 lần, trong khi As vƣợt quá tiêu
chuẩn 36 lần, các kim loại khác đều vƣợt quá trong khoảng từ 42 – 232 lần.
Trong các mẫu cây trồng, nồng độ của Hg vƣợt quá tiêu chuẩn cho phép 9.607
lần, Cd vƣợt quá tiêu chuẩn cho phép là 3 lần. Các kim loại khác có nồng độ vƣợt
quá tiêu chuẩn cho phép trong khoảng từ 40 – 5682 lần. Với mức độ ô nhiễm cao

nhƣ vậy, mức độ ảnh hƣởng đến con ngƣời và động vật sẽ tăng khủng khiếp theo
thời gian nếu ngay lập tức không đƣa ra các biện pháp để cải thiện tình trạng trên
cho các thế hệ hiện tại và tƣơng lai của vùng này.
Mỏ Au-Ag-Pb-Zn Daduk là một trong những mỏ lớn nhất nằm ở miền
trung Hàn Quốc [25]. Vào những năm 2000 – 2001 các nhà khoa học thuộc
trƣờng Đại học Quốc gia Hàn Quốc đã nghiên cứu sự tích luỹ kim loại ở các
vùng lân cận xung quanh khu vực mỏ cho thấy sự ô nhiễm cao. Phân tích các
mẫu đất mặt tại khu vực bãi thải thu đƣợc giá trị trung bình của các kim loại Cd,
Cu, Pb, Zn tƣơng ứng là 8,57; 481; 4,445; 753 mg/kg cao gấp nhiều lần so với
tiêu chuẩn cho phép. Ngoài ra, các mẫu đất tại cánh đồng lúa và rừng cũng đƣợc
nghiên cứu đều thu đƣợc kết quả đất mặt tại khu vực này có mức độ ô nhiễm ít
hơn so với khu vực bãi thải nhƣng nồng độ của các kim loại trên đều vƣợt qua
tiêu chuẩn cho phép từ 3 đến 7 lần. Không chỉ có đất mặt có nồng độ kim loại
cao mà khả năng tích luỹ kim loại cũng rất lớn trong cây trồng. Trong đậu tƣơng
nồng độ trung bình tƣơng ứng của Cd, Cu, Pb, Zn là 1,98; 40,7; 5,0; 271,3
mg/kg, trong tiêu đỏ tƣơng ứng là 0.61; 8,7; 1,9; 35.1 mg/kg, trong hạt gạo tƣơng
ứng là 0,15; 3,1; 0,32; 16,1 mg/kg.
Trong một nghiên cứu về ô nhiễm KLN ở vùng mỏ Dexing [39], các nhà
khoa học đã lấy mẫu nƣớc, đất mặt, bùn, hạt cây trồng dọc sông Le’an chảy qua
gần khu vực mỏ. Trong mẫu nƣớc, tất cả sáu nguyên tố Cu, Pb, Zn, Cd, As, Hg ô
nhiễm ở mức độ 3 so với tiêu chuẩn quốc tế. Trong mẫu bùn, mức độ ô nhiễm
của Cu rất nguy hiểm, đặc biệt ở khu vực mỏ (2126 mg/kg); ô nhiễm gây ra bởi

23


Pb, Zn, Cd ở mức vừa phải, còn mức độ ô nhiễm của asen từ vừa phải đến mạnh
(7,9 – 79,4 mg/kg).
Nhƣ vậy nguồn KLN trong đất và nƣớc chủ yếu do quá trình phong hóa
các đá và quặng [26,43]. Với tình trạng ô nhiễm kim loại cao tại các khu vực khai

thác mỏ thì đã ảnh hƣởng đến môi trƣờng và cơ thể sống rất lớn.
Ô nhiễm KLN không chỉ gây ảnh hƣởng trực tiếp đến hệ sinh thái đất, mà
còn ảnh hƣởng đến vấn đề an toàn thực phẩm (nông sản) và gây rủi ro cho sức
khỏe con ngƣời trực tiếp hoặc gián tiếp (thông qua chuỗi thức ăn). Tính độc hại
của các KLN đối với sinh vật rất khác nhau và đƣợc quyết định bởi dạng tồn tại
của nó trong đất, nƣớc. Nhìn chung các nguyên tố Cu, Ag, Pb, Zn, As, Cd, Se
đều có tính độc hại cao. KLN, thậm chí một lƣợng nhỏ dạng vết cũng có thể gây
độc đối với con ngƣời và động vật hoang dã.
1.3.2. Ảnh hƣởng của kim loại nặng đến môi trƣờng và cơ thể sống
Tác động do ô nhiễm từ khai thác và chế biến mỏ giờ đây đã trở thành
hiện hữu hơn bao giờ hết. Có thể thấy rõ các tác động này ở một số địa phƣơng
điển hình trong nƣớc và trên thế giới nhƣ sau.
1.3.2.1. “ Làng ung thư” Thạch Sơn
Xã Thạch Sơn, nằm phía tây huyện Lâm Thao, cách Hà Nội khoảng
100km, gần đây đƣợc biết đến nhƣ một “ điểm nóng” xuất hiện nhiều vấn đề sức
khỏe cộng đồng liên quan đến ô nhiễm môi trƣờng, trong đó có vấn đề ô nhiễm
KLN[11]. Trong báo cáo của sở Tài nguyên và Môi trƣờng, tỉnh Phú Thọ có
nhận xét: “... hàm lƣợng Cd và As tuy chƣa vƣợt quá tiêu chuẩn cho phép nhƣng
chúng lại có khả năng tích lũy sinh học cao, vì vậy đối với những ngƣời sống ở
đây thì có sự tích lũy Cd, As trong cơ thể đây chính là hai nguyên tố gây ung thƣ
qua đƣờng hô hấp và ung thƣ da mà nhiều báo chí đã phản ánh” [15].

24


1.3.2.2. Làng Hích, Thái Nguyên
Đất bị nhiễm chì và cadimi trong khu khai thác và chế biến mỏ chì kẽm ở
Làng Hích, Thái Nguyên đã đƣợc nghiên cứu. Đây là vấn đề quan trọng vì từ đất
các kim loại độc hại này có thể xâm nhập vào cơ thể con ngƣời qua tiếp xúc trực
tiếp và chất dinh dƣỡng gây ra những bệnh hiểm nghèo. Nhƣ chì có thể gây ra

những bệnh khiếm khuyết trong phát triển nhận thức và hành vi của trẻ nhỏ và
nhiều bệnh khác. Khi bị nhiễm cadimi con ngƣời có thể bị các bệnh về thận,
xƣơng, động mạch vành, các bệnh phổi mãn tính [16]
1.3.2.3. Sự kiện Minamata
Trên thế giới, năm 1955, nguồn thải công nghiệp chính của thuỷ ngân gần
Minamata, Nhật đã dẫn đến cá sống trong nƣớc ô nhiễm có nồng độ thuỷ ngân
lên đến 50 ppm. Kết quả là nhiều ngƣời chết và nhiều ngƣời khác bị ảnh hƣởng
nhiễm độc thuỷ ngân lâu dài đƣợc biết nhƣ căn bệnh Minamata [23, 30].
Hệ thống thoát nƣớc mỏ và nƣớc thải công nghiệp mỏ là nguồn ô nhiễm
kim loại nghiêm trọng trong đất và nƣớc [19]. Nƣớc ô nhiễm đồng và chì làm
cho nƣớc có màu xanh. Nhiễm độc chì gây nôn mửa, buồn nôn, tiêu chảy và chán
ăn sau thời gian tiếp xúc ngắn và dài. Giai đoạn nghiêm trọng nó gây ra bệnh gan
và thận [40, 41].
1.3.3. Giới thiệu một số KLN và tác động của chúng đến môi trƣờng và con
ngƣời
1.3.3.1. Asen [1, 4, 10]
Asen là nguyên tố tồn tại ở cả dạng kim loại và không kim loại. Dạng
không kim loại của asen đƣợc tạo nên khi làm ngƣng tụ hơi của chúng là những
chất rắn màu vàng gọi là asen vàng, có mạng lƣới phân tử giống photpho trắng.
Dạng kim loại của asen có màu trắng bạc, có kiến trúc lớp giống photpho đen,
dẫn điện và dẫn nhiệt nhƣng giòn dễ nghiền thành bột.
Trong tự nhiên, asen là nguyên tố tƣơng đối phổ biến. Trong vỏ trái đất,
nồng độ asen trung bình khoảng từ 2-10 mg/kg nằm trong thành phần nhiều loại

25