Nghiên cứu giải pháp xử lý nước thải khai thác và chế biến khoáng sản chì, kẽm tại tỉnh bắc kạn

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

Lê Sỹ Chính

NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP XỬ LÝ NƢỚC THẢI KHAI THÁC
VÀ CHẾ BIẾN KHOÁNG SẢN CHÌ, KẼM TẠI TỈNH BẮC KẠN

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG

NĂM 2017


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

Lê Sỹ Chính

NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP XỬ LÝ NƢỚC THẢI KHAI THÁC
VÀ CHẾ BIẾN KHOÁNG SẢN CHÌ, KẼM TẠI TỈNH BẮC KẠN

Chuyên ngành: Môi trường đất và nước
Mã số: 62440303

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
1. GS.TS. Mai Trọng Nhuận
2. PGS.TSKH. Nguyễn Xuân Hải

NĂM 2017

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận án là trung thực từ kết quả tham gia thực
hiện đề tài nghiên cứu và luận án. Để thực hiện luận án, tôi đã trực tiếp tham gia
vào đề tài nghiên cứu và được chủ nhiệm đề tài đồng ý cho sử dụng kết quả phục vụ
trong luận án như là sản phẩm đào tạo của đề tài. Một số kết quả đã được chúng tôi
công bố trên tạp chí khoa học chuyên ngành với sự đồng ý của đồng tác giả phù hợp
với các quy định hiện hành.
Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về lời cam đoan này và các kết quả
nghiên cứu trình bày trong luận án của mình.

Tác giả luận án

NCS. Lê Sỹ Chính


LỜI CẢM ƠN
Trước hết, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới GS.TS Mai Trọng
Nhuận, PGS.TSKH Nguyễn Xuân Hải đã giao đề tài và tận tình hướng dẫn về khoa
học, đồng thời tạo mọi điều kiện thuận lợi cho phép tôi hoàn thành bản luận án này.
Đề tài luận án tiến sĩ của tôi không thể hoàn thành nếu không có sự hỗ trợ
kinh phí từ Đề tài KHCN-TB.02C/13-18 doTS. Nguyễn Thị Hoàng Hà làm chủ
nhiệm thuộc Chương trình Khoa học và Công nghệ trọng điểm cấp Nhà nước giai
đoạn 2013-2018 “Khoa học và Công nghệ phục vụ phát triển bền vững vùng Tây
Bắc”. Tôi xin chân thành cảm ơn sự hỗ trợ cần thiết đó.
Tôi xin cảm ơn sự giúp đỡ và ủng hộ nhiệt tình của cán bộ thuộc Phòng thí
nghiệm trọng điểm Địa Môi trường và Ứng phó biến đổi khí hậu, trường Đại học
Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội, đặc biệt là HVCH. Đặng Ngọc

Thăng và Nguyễn Thị Hải đã phối hợp cùng tôi tiến hành các thí nghiệm trong suốt
quá trình thực hiện đề tài tại Phòng thí nghiệm trọng điểm Địa môi trường và Ứng
phó biến đổi khí hậu cấp Đại học Quốc gia Hà Nội.
Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới các thầy, cô giáo trong Khoa Môi
trường – Trường Đại học Khoa học Tự nhiên đã dạy dỗ, giúp đỡ và bồi dưỡng cho
tôi những kiến thức quý báu trong suốt quá trình nghiên cứu tại Trường Đại học
Khoa học Tự nhiên.
Tôi xin gửi lời cảm ơn Ban lãnh đạo Trường Đại học Hồng Đức đã ủng hộ
và tạo điều kiện thuận lợi cho tôi được tham gia học tập, nghiên cứu tại Trường Đại
học Khoa học Tự nhiên.
Cuối cùng, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đến gia đình, bạn bè và đồng nghiệp
đã luôn ở bên tôi, quan tâm, giúp đỡ, động viên và khích lệ tôi trong suốt quá trình
học tập và nghiên cứu.
Hà Nội, ngày tháng năm 2017


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN .................................................................................................... 2
LỜI CẢM ƠN .......................................................................................................... 3
MỞ ĐẦU .................................................................................................................. 1
1. Đặt vấn đề ............................................................................................................. 1
2. Mục tiêu ................................................................................................................ 2
3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ............................................................... 2
4. Những đóng góp mới của đề tài............................................................................. 2
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU .................................. 2
1.1. Hiện trạng khai thác và chế biến khoáng sản chì, kẽm ....................................... 3
1.1.1. Hiện trạng khai thác và chế biến chì, kẽm trên thế giới ................................. 3
1.1.2. Hiện trạng khai thác và chế biến chì, kẽm ở Việt Nam ................................. 4
1.1.3. Hiện trạng khai thác và chế biến chì, kẽm khu mỏ Chợ Đồn tỉnh Bắc Kạn ... 4
1.2. Vật liệu trong xử lý ô nhiễm kim loại nặng ...................................................... 13

1.2.1. Cơ chế hấp phụ của vật liệu......................................................................... 13
1.2.2. Một số vật liệu được sử dụng trong xử lý ô nhiễm môi trường nước .......... 15
1.2.3. Các phương pháp nâng cao hoạt tính của vật liệu hấp phụ .......................... 26
1.3. Thực vật trong xử lý ô nhiễm kim loại nặng..................................................... 36
1.3.1. Khái quát về sử dụng thực vật xử lý ô nhiễm .............................................. 36
1.3.2. Sử dụng bãi lọc trồng cây ............................................................................ 38
1.3.3. Một số kết quả nghiên cứu khả năng xử lý kim loại bằng thực vật.............. 39
1.3.4. Khả năng xử lý kim loại nặng của cây Sậy .................................................. 42
CHƢƠNG 2. ĐỐI TƢỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP
NGHIÊN CỨU....................................................................................................... 44
2.1. Đối tượng nghiên cứu ....................................................................................... 44
2.2. Phạm vi nghiên cứu .......................................................................................... 44
2.3. Nội dung nghiên cứu ........................................................................................ 44
2.4. Phương pháp nghiên cứu .................................................................................. 44
2.4.1. Phương pháp kế thừa, chọn lọc và tổng hợp tài liệu .................................... 44
2.4.2. Khảo sát thực địa và lấy mẫu nghiên cứu .................................................... 45
2.4.3. Phương pháp xử lý mẫu và phân tích mẫu................................................... 47
2.4.4. Phương pháp xử lý số liệu ........................................................................... 48
2.5. Phương pháp thực nghiệm ................................................................................ 48


2.5.1. Chế tạo và đánh giá khả năng xử lý của vật liệu hấp phụ ............................ 48
2.5.2. Đánh giá khả năng xử lý kim loại nặng của thực vật Sậy ............................ 59
2.5.3. Nghiên cứu giải pháp kết hợp vật liệu và thực vật quy mô 50l/ngày đêm ... 62
CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ........................................................ 66
3.1. Đánh giá ô nhiễm môi trường nước tại khu mỏ chì, kẽm Chợ Đồn .................. 66
3.1.1. pH, TSS, COD, BOD5 trong môi trường nước ............................................ 66
3.1.2. Hàm lượng kim loại trong môi trường nước ................................................ 68
3.2. Nghiên cứu chế tạo vật liệu và đánh giá khả năng xử lý kim loại nặng ............ 75
3.2.1. Đặc tính của bùn thải mỏ sắt Bản Cuôn, tỉnh Bắc Kạn ................................ 75

3.2.2. Nghiên cứu độ bền vật liệu biến tính chế tạo từ bùn thải mỏ sắt ................ 78
3.2.3. Nghiên cứu ảnh hưởng thủy tinh lỏng đến đặc tính vật liệu ........................ 80
3.2.4. Nghiên cứu hấp phụ dạng mẻ của vật liệu biến tính .................................... 84
3.2.5. Nghiên cứu hấp phụ cột của vật liệu biến tính............................................. 94
3.3. Đánh giá khả năng lắng tự nhiên và xử lý kim loại nặng của thực vật ........... 102
3.3.1. Khả năng lắng tự nhiên của kim loại nặng trong nước .............................. 102
3.3.2. Khả năng xử lý kim loại nặng trong nước thải của thực vật ...................... 102
3.3.3. Khả năng tích lũy kim loại nặng trong thực vật......................................... 109
3.4. Nghiên cứu xây dựng giải pháp kết hợp vật liệu và thực vật .......................... 112
3.4.1. Cơ sở khoa học lựa chọn vật liệu kết hợp với thực vật .............................. 112
3.4.2. Đánh giá khả năng áp dụng giải pháp kết hợp vật liệu và thực vật ............ 113
3.4.3. Cơ chế xử lý nước thải của hệ vật liệu – thực vật ...................................... 118
3.5. Nghiên cứu áp dụng giải pháp kết hợp vật liệu và thực vật xử lý nước thải khai
thác và chế biến khoáng chì, kẽm tại huyện Chợ Đồn, tỉnh Bắc Kạn .................... 120
3.5.1. Đánh giá sự sinh trưởng và phát triển cử cây Sậy ....................................... 14
3.5.2. Đánh giá kết quả áp dụng giải pháp kết hợp vật liệu và thực vật quy mô
5m3/ngày đêm ................................................................................................... 123
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................................. 129
TÀI LIỆU THAM KHẢO................................................................................... 131
PHỤC LỤC


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
KLN:

Kim loại nặng

KT&CBKS: Khai thác và chế biến khoáng sản
CB:

Chế biến

TSS:

Tổng chất rắn lơ lửng

BOD5:

Nhu cầu oxy sinh hóa

COD:

Nhu cầu oxy hóa học

QCVN 40:2011/BTNMT: Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia về nước thải công nghiệp
QCVN08-MT:2015/BTNMT: Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia về chất lượng nước mặt


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1. Các công nghệ và cơ chế xử lý ô nhiễm bằng thực vật............................ 37
Bảng 2.1. Điểm khảo sát thực địa khu mỏ chì, kẽm Chợ Đồn ................................. 46
Bảng 2.2. Số lượng mẫu lấy tại khu mỏ chì, kẽm Chợ Đồn .................................... 46
Bảng 2.3. Các thông số hệ thống hấp phụ 2 và 3 (mg/l) .......................................... 57
Bảng 2.4. Hàm lượng kim loại trong nước nghiên cứu với thực vật (mg/l) ............. 60
Bảng 2.5. Nước thải pha chế trong thí nghiệm giải pháp kết hợp (mg/l) ................. 63
Bảng 3.1. Thành phần khoáng vật của mẫu bùn thải mỏ sắt .................................... 77
Bảng 3.2.Thành phần hóa học của bùn thải mỏ sắt.................................................. 78
Bảng 3.3. Kết quả phân tích FTIR mẫu bùn thải mỏ sắt .......................................... 78
Bảng 3.4. Theo dõi độ bền trong nước của vật liệu SBC2-5S ................................. 79
Bảng 3.5. Theo dõi độ bền trong nước của vật liệu SBC2-10S ............................... 79

Bảng 3.6. Theo dõi độ bền trong nước của vật liệu SBC2-15S ............................... 80
Bảng 3.7. Các vật liệu biến tính dạng hạt được chế tạo ........................................... 80
Bảng 3.8. Thành phần khoáng vật của vật liệu biến tính (%) .................................. 81
Bảng 3.9. Diện tích bề mặt và mật độ điện tích bề mặt của vật liệu biến tính ......... 81
Bảng 3.10. Kết quả phân tích FTIR mẫu bùn thải mỏ sắt ........................................ 81
Bảng 3.11. Độ bền của vật liệu hấp phụ với tỷ lệ thủy tinh lỏng khác nhau ............ 82
Bảng 3.12. Mô hình động học hấp phụ .................................................................... 90
Bảng 3.13. Mô hình đẳng nhiệt hấp phụ .................................................................. 94
Bảng 3.14. Các tham số trong phương trình động học hấp phụ Thomas ............... 101
Bảng 3.15. Khả năng phát triển của cây Sậy sau 1 tháng ...................................... 122
Bảng 3.16. Khả năng phát triển của cây Sậy sau 2 tháng ...................................... 122
Bảng 3.17. Khả năng phát triển của Sậy cây sau 3 tháng ...................................... 122


DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Sơ đồ công nghệ chế biến chì, kẽm ......................................................... 10
Hình 1.2. Sơ đồ hiện trạng công nghệ xử lý nước thải khu mỏ chì, kẽm Chợ Đồn . 11
Hình 1.3. Bãi tập kết quặng và bãi thải chì, kẽm tại mỏ Pù Sáp gần ngay lòng suối
Tủm Tó (Nam Chợ Đồn) ......................................................................................... 12
Hình 1.4. Bãi tập kết quặng và bãi thải chì, kẽm tại khu mỏ Bằng Lãng (Nam Chợ
Đồn) ........................................................................................................................ 12
Hình 1.5. Hình thái và cấu trúc của khoáng sét kaolinit .......................................... 16
Hình 1.6. Hình thái và cấu trúc của khoáng sét montmorillonit .............................. 17
Hình 1.7. Cấu trúc lập thể của zeolit ....................................................................... 23
Hình 1.8. Hình thái của zeolit analcime (a) và chabazit (b) ..................................... 24
Hình 1.9. Sự thay đổi CEC trong quá trình hoạt hóa axit ........................................ 28
Hình 1.10. Quá trình tái cấu trúc bentonit ở các giai đoạn xử lý ............................. 29
Hình 1.11.Ảnh chụp SEM oxit silic không phủ bọc (a) và phủ bọc (b) ................... 30
Hình 1.12. Lớp cơ sở của montmorillonit được chèn bởi các chuỗi ankyl .............. 32
Hình 1.13. Quá trình hòa tan, tái kết tinh zeolit ....................................................... 33

Hình 1.14. Các hạt zeolit phát triển trên bề mặt diatomit hoạt hóa với CTAB ........ 36
Hình 1.15. Hệ thống bãi lọc trồng cây ..................................................................... 39
Hình 1.16. Cây Sậy mọc ven suối khu mỏ chì kẽm Chợ Đồn.................................. 43
Hình 2.1. Sơ đồ vị trí lấy mẫu khu mỏ chì, kẽm Chợ Đồn ...................................... 45
Hình 2.2. Mỏ Nà Bốp .............................................................................................. 45
Hình 2.3. Mỏ Pù Sáp ............................................................................................... 45
Hình 2.4. Mỏ Đèo An .............................................................................................. 45
Hình 2.5. Lấy mẫu nước mặt ................................................................................... 47
Hình 2.6. Mẫu nước thải khu chế biến Lũng Váng .................................................. 47
Hình 2.7. Mẫu trước khi sấy .................................................................................... 49
Hình 2.8. Mẫu sau khi sấy ....................................................................................... 49
Hình 2.9. Máy nghiền MRC .................................................................................... 49
Hình 2.10. Mẫu sau khi nghiền................................................................................ 49
Hình 2.11. Chế tạo vật liệu hấp phụ ........................................................................ 50
Hình 2.12. Các dạng hấp phụ đẳng nhiệt ................................................................. 54
Hình 2.13. Sơ đồ hấp phụ dạng cột của vật liệu ...................................................... 56


Hình 2.14. Đường cong thoát cột hấp phụ ............................................................... 58
Hình 2.15. Thí nghiệm hấp phụ cột ......................................................................... 59
Hình 2.16. Hệ thống trồng cây Sậy (Phragmites australis) ..................................... 61
Hình 2.17. Hệ thống trồng cây Mộc tặc trãi (Equisetum diffusum).......................... 61
Hình 2.18. Cột vật liệu ............................................................................................ 63
Hình 2.19. Thí nghiệm sử dụng vật liệu và thực vật của hệ thống dòng chảy mặt –
dòng chảy ngầm ...................................................................................................... 64
Hình 2.20. Thiết kế hệ thống dòng chảy mặt và dòng chảy ngầm ........................... 65
Hình 3.1. Giá trị BOD5 trong nước khu vực mỏ Nam Chợ Đồn .............................. 67
Hình 3.2. Giá trị BOD5 trong nước khu vực mỏ Bắc Chợ Đồn ............................... 67
Hình 3.3. Giá trị COD trong nước khu vực mỏ Nam Chợ Đồn ............................... 68
Hình 3.4. Giá trị COD trong nước khu vực mỏ Bắc Chợ Đồn ................................. 68

Hình 3.5. Hàm lượng As trong nước khu chế biến Bằng Lũng ............................... 68
Hình 3.6. Hàm lượng As trong nước khu vực mỏ Nam Chợ Đồn ........................... 69
Hình 3.7. Hàm lượng As trong nước khu vực mỏ Bắc Chợ Đồn ............................. 69
Hình 3.8. Hàm lượng Pb trong nước khu chế biến Bằng Lũng ................................ 70
Hình 3.9. Hàm lượng Pb trong nước khu vực mỏ Nam Chợ Đồn............................ 70
Hình 3.10. Hàm lượng Pb trong nước khu vực mỏ Bắc Chợ Đồn ........................... 70
Hình 3.11. Hàm lượng Zn trong nước khu chế biến Bằng Lũng.............................. 72
Hình 3.12. Hàm lượng Zn trong nước khu vực mỏ Nam Chợ Đồn ......................... 72
Hình 3.13. Hàm lượng Zn trong nước khu vực mỏ Bắc Chợ Đồn ........................... 72
Hình 3.14. Hàm lượng Mn trong nước khu chế biến Bằng Lũng ............................ 73
Hình 3.15. Hàm lượng Mn trong nước khu vực mỏ Nam Chợ Đồn ........................ 73
Hình 3.16. Hàm lượng Mn trong nước khu vực mỏ Bắc Chợ Đồn .......................... 73
Hình 3.17. Hàm lượng Cd trong nước khu chế biến Bằng Lũng ............................. 74
Hình 3.18. Hàm lượng Cd trong nước khu vực mỏ Nam Chợ Đồn ......................... 75
Hình 3.19. Hàm lượng Cd trong nước khu vực mỏ Bắc Chợ Đồn ........................... 75
Hình 3.20. Khảo sát và lấy mẫu bùn thải mỏ sắt Bản Cuôn..................................... 77
Hình 3.21. Sơ đồ nhiễu xạ tia X mẫu bùn thải khu chế biến sắt Bản Cuôn (SBC2) 77
Hình 3.22. Điểm điện tích không của vật liệu ......................................................... 82
Hình 3.23. Dung lượng và hiệu suất hấp phụ của vật liệu biến tính ........................ 84
Hình 3.24. Diễn biến theo khối lượng đến khả năng hấp phụ Zn của vật liệu ......... 85
Hình 3.25. Diễn biến theo khối lượng đến khả năng hấp phụ Cd của vật liệu ......... 85


Hình 3.26. Diễn biến theo khối lượng đến khả năng hấp phụ Mn của vật liệu ........ 86
Hình 3.27. Diễn biến theo khối lượng đến khả năng hấp phụ Pb của vật liệu ......... 86
Hình 3.28. Diễn biến theo khối lượng đến khả năng hấp phụ As của vật liệu ......... 87
Hình 3.29. Diễn biến theo thời gian đến khả năng hấp phụ Zn của vật liệu ............ 87
Hình 3.30. Diễn biến theo thời gian đến khả năng hấp phụ Cd của vật liệu ............ 88
Hình 3.31. Diễn biến theo thời gian đến khả năng hấp phụ Mn của vật liệu ........... 88
Hình 3.32. Diễn biến theo thời gian đến khả năng hấp phụ Pb của vật liệu ............. 88

Hình 3.33. Diễn biến theo thời gian đến khả năng hấp phụ As của vật liệu ............ 89
Hình 3.34. Diễn biến theo nồng độ đến khả năng hấp phụ Zn của vật liệu .............. 91
Hình 3.35. Diễn biến theo nồng độ đến khả năng hấp phụ Cd của vật liệu ............. 91
Hình 3.36. Diễn biến theo nồng độ đến khả năng hấp phụ Mn của vật liệu............. 92
Hình 3.37. Diễn biến theo nồng độ đến khả năng hấp phụ Pb của vật liệu .............. 92
Hình 3.38. Diễn biến theo nồng độ đến khả năng hấp phụ As của vật liệu .............. 93
Hình 3.39. Diễn biến hấp phụ cột vật liệu đối với Mn trong hệ thống 2 .................. 96
Hình 3.40. Diễn biến hấp phụ cột của vật liệu đối với Zn trong hệ thống 2 ............ 96
Hình 3.41. Diễn biến hấp phụ cột của vật liệu đối với Cd trong hệ thống 2 ............ 97
Hình 3.42. Diễn biến hấp phụ cột của vật liệu đối với Pb trong hệ thống 2............. 97
Hình 3.43. Diễn biến hấp phụ cột của vật liệu đối với As trong hệ thống 2 ............ 98
Hình 3.44. Diễn biến hấp phụ cột vật liệu đối với Mn trong hệ thống 3 .................. 98
Hình 3.45. Diễn biến hấp phụ cột của vật liệu đối với Zn trong hệ thống 3 ............ 99
Hình 3.46. Diễn biến hấp phụ cột của vật liệu đối với Cd trong hệ thống 3 ............ 99
Hình 3.47. Diễn biến hấp phụ cột của vật liệu đối với Pb trong hệ thống 3........... 100
Hình 3.48. Diễn biến hấp phụ cột của vật liệu đối với As trong hệ thống 3 .......... 100
Hình 3.49. Hàm lượng kim loại trong nước đối sánh WR2 ................................... 102
Hình 3.50. Hàm lượng kim loại trong nước đối sánh WR3 ................................... 102
Hình 3.51. Diễn biến hàm lượng Mn trong nước trồng cây Sậy ............................ 103
Hình 3.52. Hiệu suất xử lý kim loại Mn của thực vật Sậy ..................................... 103
Hình 3.53. Diễn biến hàm lượng Zn trong nước trồng cây Sậy ............................. 104
Hình 3.54. Hiệu suất xử lý kim loại Zn của thực vật Sậy ...................................... 104
Hình 3.55. Diễn biến hàm lượng Cd trong nước trồng cây Sậy ............................. 104
Hình 3.56. Hiệu suất xử lý kim loại Cd của thực vật Sậy ...................................... 104
Hình 3.57. Diễn biến hàm lượng Pb trong nước trồng cây Sậy ............................. 105
Hình 3.58. Hiệu suất xử lý kim loại Pb của thực vật Sậy ...................................... 105


Hình 3.59. Diễn biến hàm lượng As trong nước trồng cây Sậy ............................. 106
Hình 3.60. Hiệu suất xử lý kim loại As của thực vật Sậy ...................................... 106

Hình 3.61. Diễn biến hàm lượng Mn trong nước trồng cây Mộc tặc trãi ............... 106
Hình 3.62. Hiệu suất xử lý kim loại Mn của thực vật Mộc tặc trãi ........................ 106
Hình 3.63. Diễn biến hàm lượng Zn trong nước trồng cây Mộc tặc trãi ................ 107
Hình 3.64. Hiệu suất xử lý kim loại Zn của thực vật Mộc tặc trãi ......................... 107
Hình 3.65. Diễn biến hàm lượng Cd trong nước trồng cây Mộc tặc trãi ................ 108
Hình 3.66. Hiệu suất xử lý kim loại Cd của thực vật Mộc tặc trãi ......................... 108
Hình 3.67. Diễn biến hàm lượng Pb trong nước trồng cây Mộc tặc trãi ................ 108
Hình 3.68. Hiệu suất xử lý kim loại Pb của thực vật Mộc tặc trãi ......................... 108
Hình 3.69. Diễn biến hàm lượng As trong nước trồng cây Mộc tặc trãi ................ 109
Hình 3.70. Hiệu suất xử lý kim loại As của thực vật Mộc tặc trãi ......................... 109
Hình 3.71. Hàm lượng Mn, Zn, Cd, Pb và As tích lũy trong cây Sậy .................... 110
Hình 3.72. Hàm lượng Mn, Zn, Cd, Pb và As tích lũy trong Mộc tặc trãi ............. 111
Hình 3.73. Diễn biến hàm lượng Mn trong mô hình kết hợp vật liệu – thực vật ... 115
Hình 3.74. Hiệu suất xử lý Mn trong mô hình kết hợp vật liệu – thực vật............. 115
Hình 3.75. Diễn biến hàm lượng Zn trong mô hình kết hợp vật liệu – thực vật .... 115
Hình 3.76. Hiệu suất xử lý Zn trong mô hình kết hợp vật liệu – thực vật .............. 115
Hình 3.77. Diễn biến hàm lượng Pb trong mô hình kết hợp vật liệu – thực vật..... 116
Hình 3.78. Hiệu suất xử lý Pb trong mô hình kết hợp vật liệu – thực vật .............. 116
Hình 3.79. Diễn biến hàm lượng As trong mô hình kết hợp vật liệu – thực vật .... 117
Hình 3.80. Hiệu suất xử lý As trong mô hình kết hợp vật liệu – thực vật .............. 117
Hình 3.81. Diễn biến hàm lượng Cd trong mô hình kết hợp vật liệu – thực vật .... 117
Hình 3.82. Hiệu suất xử lý Cd trong mô hình kết hợp vật liệu – thực vật.............. 117
Hình 3.83. Lượng KLN mất đi trong dung dịch so với lượng tích lũy cột vật liệu 118
Hình 3.84. Hàm lượng Mn, Zn, Cd, Pb và As tích lũy trong cây Sậy của mô hình119
Hình 3.85. Hệ số tích lũy kim loại của cây Sậy ..................................................... 120
Hình 3.86. Hệ số vận chuyển kim loại của cây Sậy ............................................... 120
Hình 3.87. Cây Sậy trồng sau 7 ngày và 1 tháng của hệ pilot 5m3/ngày đêm ........ 121
Hình 3.88. Cây Sậy trồng sau 2 và 3 tháng của hệ pilot 5m3/ngày đêm ................ 121
Hình 3.89. Diễn biến hàm lượng Mn trong nước tại các mô đun........................... 124
Hình 3.90. Diễn biến hàm lượng Mn trung bình trong nước tại các mô đun ......... 124

Hình 3.91. Diễn biến hàm lượng Zn trong nước tại các mô đun............................ 125


Hình 3.92. Diễn biến hàm lượng Zn trung bình trong nước tại các mô đun .......... 125
Hình 3.93. Diễn biến hàm lượng As trong nước tại các mô đun............................ 126
Hình 3.94. Diễn biến hàm lượng As trung bình trong nước tại các mô đun .......... 126
Hình 3.95. Diễn biến hàm lượng Cd trong nước tại các mô đun ........................... 127
Hình 3.96. Diễn biến hàm lượng Cd trung bình trong nước tại các mô đun .......... 127
Hình 3.97. Diễn biến hàm lượng Pb trong nước tại các mô đun ............................ 128
Hình 3.98. Diễn biến hàm lượng As trung bình trong nước tại các mô đun .......... 128


MỞ ĐẦU
1. Đặt vấn đề
Khu mỏ Pb-Zn thuộc phạm vi tỉnh Bắc Kạn chiếm tới 80% trữ lượng Pb-Zn
trong cả nước, trong đó mỏ chì, kẽm Chợ Đồn là một trong những tụ khoáng chì,
kẽm lớn của nước ta đã và đang được khai thác đem lại hiệu quả kinh tế cao. Tuy
nhiên, bên cạnh những giá trị mà nguồn khoáng sản đem lại là vấn đề ô nhiễm môi
trường do hoạt động khai thác và chế biến khoáng sản gây ra. Một trong những
quan ngại lớn nhất về môi trường tại khu mỏ chì, kẽm Chợ Đồn là ô nhiễm môi
trường nước. Các kim loại nặng thải ra trong quá trình khai thác và chế biến khoáng
sản xâm nhập vào môi trường nước mặt, nước ngầm gây ảnh hưởng xấu đến hệ sinh
thái và sức khỏe con người. Nghiên cứu môi trường nước tại khu vực mỏ chì, kẽm
Chợ Đồn cho thấy có hiện tượng ô nhiễm kim loại nặng trong nước. Như vậy, khu
mỏ chì, kẽm Chợ Đồn được lựa chọn để nghiên cứu chi tiết nhằm đề xuất và thử
nghiệm giải pháp xử lý nước thải dựa trên các tiêu chí: tính đại diện cho mỏ Pb-Zn
tại tỉnh Bắc Kạn, môi trường nước bị ô nhiễm và ảnh hưởng đến sức khỏe của người
dân. Vấn đề được đặt ra chính là nghiên cứu, xây dựng và áp dụng công nghệ đáp
ứng các mục tiêu: (1) xử lý hiệu quả ô nhiễm môi trường; (2) giảm chi phí xử lý ô
nhiễm; (3) thân thiện với môi trường.

Hiện nay, có rất nhiều công nghệ được nghiên cứu và triển khai rộng rãi
nhằm xử lý kim loại nặng trong nước như: kết tủa, trao đổi ion, điện phân và sinh
học. Công nghệ hấp phụ được coi là một giải pháp có hiệu quả và thân thiện với
môi trường trong việc xử lý kim loại nặng. Một số nguyên liệu tự nhiên đã được
nghiên cứu cho xử lý nước thải, bao gồm bentonit, bùn thải, diatomit và đá ong.
Sử dụng thực vật để xử lý ô nhiễm và hệ thống bãi lọc trồng cây cũng được
nghiên cứu và đánh giá là công nghệ có hiệu quả về chi phí xử lý và thân thiện với
môi trường. Tuy nhiên, hầu hết các loài thực vật có thể chống chịu và thích nghi tốt
với nồng độ trung bình của các kim loại trong nước. Trong khi đó, vật liệu hấp phụ
có khả năng xử lý nước có hàm lượng kim loại nặng cao. Do đó, sự kết hợp giữa vật
liệu hấp phụ và thực vật có thể là giải pháp khả thi trong xử lý nước thải bị ô nhiễm
kim loại nặng với tải lượng đầu vào khác nhau. Các nghiên cứu về sự kết hợp của cả
hai là vật liệu hấp phụ và thực vật trên thế giới còn hạn chế, với Việt Nam đây là
công nghệ mới và chưa được triển khai nghiên cứu.
1


Vì vậy, nghiên cứu sinh lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu giải pháp xử lý nước
thải khai thác và chế biến khoáng sản chì, kẽm tại tỉnh Bắc Kạn” để thực hiện
nhằm cung cấp cơ sở khoa học của việc kết hợp vật liệu và thực vật địa phương để
xử lý ô nhiễm kim loại nặng trong nước.
2. Mục tiêu
- Chế tạo được vật liệu dạng hạt hấp phụ biến tính từ bùn thải khu chế biến sắt;
- Lựa chọn được thực vật địa phương có khả năng xử lý tốt KLN trong nước;
- Xây dựng được giải pháp sử dụng kết hợp vật liệu và thực vật địa phương để
xử lý kim loại nặng trong nước;
- Áp dụng giải pháp nói trên quy mô pilot 5m3/ngày đêm tại khu chế biến Lũng
Váng thuộc khu mỏ chì, kẽm Chợ Đồn, huyện Chợ Đồn, tỉnh Bắc Kạn.
3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Giải pháp kết hợp vật liệu và thực vật để xử lý nước thải khai thác và chế

biến khoáng sản chì kẽm được đề xuất dựa trên cơ sở tận dụng bùn thải từ hoạt
động chế biến khoáng sản và thực vật địa phương. Kết quả thí nghiệm và triển khai
thử nghiệm thực tế giải pháp này tại Lũng Váng (Chợ Đồn, Bắc Kạn) cho thấy tính
hiệu quả về xử lý và chi phí, thân thiện với môi trường. Nhu cầu ngày càng tăng cao
của việc xử lý nước thải khai khoáng, nguồn cung cấp dồi dào bùn thải từ các mỏ
chế biến sắt và sự phân bố rộng rãi, tính thích nghi tốt với môi trường của cây Sậy
là cơ sở cho thấy ứng dụng của giải pháp này vào thực tế Việt Nam có rất nhiều
triển vọng.
4. Những đóng góp mới của đề tài
- Đã chế tạo được vật liệu biến tính từ bùn thải chế biến sắt Bản Cuôn bằng
phương pháp biến tính nhiệt và kết hợp thuỷ tinh lỏng.
- Đã đánh giá được khả năng xử lý tốt các kim loại nặng (Mn, As, Cd, Pb,
Zn) trong nước thải khu chế biến chì kẽm Lũng Váng (Chợ Đồn - Bắc Kạn) sử dụng
mô hình kết hợp giữa vật liệu biến tính đã nêu và bãi lọc trồng cây (Sậy Phragmites)) dòng chảy ngầm.

2


CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. Hiện trạng khai thác và chế biến khoáng sản chì, kẽm
1.1.1. Hiện trạng khai thác và chế biến chì, kẽm trên thế giới
Trên thế giới, 80% các mỏ kẽm được khai thác hầm lò, 8% được khai thác lộ
thiên, còn lại là kết hợp giữa hai dạng trên.
Các hình thức chế biến chì, kẽm trên thế giới hiện nay bao gồm:
- Nung và thiêu kết:
Trước khi thu hồi kẽm kim loại bằng phương pháp thủy luyện kim hoặc hỏa
luyện kim, cần thiết phải tách bỏ lưu huỳnh ra khỏi tinh quặng bằng cách nung và
thiêu kết. Theo phương pháp này, tinh quặng được nung nóng tới nhiệt độ trên
9000C, khi đó, sunfua kẽm (ZnS) chuyển hóa thành oxit kẽm (ZnO). Đồng thời, lưu
huỳnh kết hợp với oxi tạo thành dioxit lưu huỳnh, sau đó chuyển hóa thành axit

sulfuric, một sản phẩm phụ quan trọng có giá trị thương mại.
- Phương pháp thủy luyện kim:
Trong giai đoạn ngâm chiết, oxit kẽm được chiết tách từ các sản phẩm nung
khác nhờ axit sulfuric. Lượng kẽm được hòa tan bằng axit sulfuric, tuy nhiên, dung
dịch đã hòa tan còn chứa một lượng tạp chất cần phải loại bỏ nhằm đạt được sản
phẩm kẽm có chất lượng cao. Quá trình tinh chế được thực hiện bằng cách pha thêm
một lượng bột kẽm vào trong dung dịch, khi đó các ion kim loại khác bị kết tủa. Sau
đó, dung dịch này sẽ tham gia vào một quá trình điện phân với anot (cực dương) là
hợp kim chì và các catot (cực âm) nhôm. Dòng điện truyền qua chất điện phân nhờ
việc tạo ra sự chênh lệch điện áp 3,3V - 3,5V giữa anot và catot khiến cho kẽm bám
vào các catot nhôm. Lượng kẽm kết tủa này được gỡ ra, sấy khô, nấu luyện và đúc
thành các thanh kẽm. Các thanh kẽm này có thể khác nhau về chủng loại: loại chất
lượng cao có 99,95% kẽm và loại chất lượng đặc biệt cao có 99,99% kẽm.
- Phương pháp hỏa luyện kim:
Phương pháp này tiêu thụ năng lượng cao nên khi giá nhiên liệu tăng, hiệu
quả sẽ giảm. Hiện nay, các lò nấu luyện áp dụng phương pháp này đang hoạt động
tại Trung Quốc, Ấn Độ, Nhật Bản và Ba Lan.

3


1.1.2. Hiện trạng khai thác và chế biến chì, kẽm ở Việt Nam
Khoáng sản chì, kẽm thuộc nhóm khoáng sản kim loại. Các mỏ chì, kẽm
vùng Đông Bắc Bộ phân bố theo đứt gãy sâu phân đới, các đứt gãy chủ yếu có
phương Tây Bắc - Đông Nam, đóng vai trò như những kênh dẫn quặng, tạo thành
các mỏ, điểm quặng phân bố ở các tỉnh Thái Nguyên, Tuyên Quang, Bắc Kạn, Cao
Bằng và Hà Giang [12]. Sự gia tăng nhu cầu nguyên liệu khoáng đối với Pb-Zn (đặc
biệt là các nguyên tố có ích đi kèm trong tinh quặng chì, kẽm như Ag, Cd, In, Ge…)
trong những năm gần đây là động lực thúc đẩy mạnh hoạt động khai thác các loại
mỏ này. Số lượng mỏ và điểm quặng được đưa vào khai thác ngày càng tăng.

Trình độ chế biến khoáng sản ở nước ta hiện nay vẫn còn hạn chế, chưa thể
tận thu các nguyên tố quý hiếm đi kèm. Ở các mỏ Pb-Zn, người ta mới tiến hành thu
hồi tinh quặng Pb và Zn (hàm lượng 55-60%), các kim loại khác như Fe, Mn, Cu,
As, Cd, In, Ga, Sb… đều bị đưa vào bãi thải gây nguy cơ ô nhiễm KLN và các chất
độc hại khác trong môi trường xung quanh.
1.1.3. Hiện trạng khai thác và chế biến chì, kẽm khu mỏ Chợ Đồn tỉnh Bắc Kạn
1.1.3.1. Khái quát khu mỏ chì, kẽm Chợ Đồn
Khu mỏ Chợ Đồn cung cấp quặng chì, kẽm có chất lượng tốt nhất và trữ
lượng lớn nhất nước ta, đã được tìm kiếm thăm dò và khai thác ở các mức độ khác
nhau. Khu mỏ chì, kẽm Chợ Đồn gồm hai vùng là Nam Chợ Đồn và Bắc Chợ Đồn
(Chợ Điền). Trong đó, khu vực Nam Chợ Đồn gồm 4 mỏ chính Nà Tùm, Pù Sáp,
Ba Bồ, Nà Bốp và khu chế biến Lũng Váng thuộc thị trấn Bằng Lũng và xã Bằng
Lãng huyện Chợ Đồn, tỉnh Bắc Kạn với diện tích 67,95 ha. Tổng tài nguyên của tụ
khoáng Chợ Đồn là 2,374 triệu tấn chì, kẽm quặng sulfur với hàm lượng 9,61%
Pb+Zn và 593.000 tấn quặng oxit với hàm lượng 6,18% Pb+Zn.
Địa hình: Khu vực Chợ Đồn thuộc kiểu địa hình núi cao trung bình và núi
thấp. Nhìn chung, địa hình thấp dần về phía nam. Ở phía Đông có 2 dãy núi kéo dài
gần theo phương bắc nam từ Bằng Lũng qua Nà Khắt và từ Bản Lắc đến Nà Ruồng,
ở phía Tây có hàng loạt đỉnh núi (Nà Quan, Nà Moon) có độ cao từ 300-657m.
Khí hậu: Khu vực mỏ chì, kẽm Chợ Đồn nằm trong vùng khí hậu miền núi
đặc trưng. Được hình thành từ một nền nhiệt cao của đới chí tuyến và sự thay thế
của các hoàn lưu lớn theo mùa, kết hợp với điều kiện địa hình nên có hai mùa chính
4


trong năm. Mùa mưa từ tháng 4 đến tháng 9, mưa nhiều với tổng lượng mưa 100600mm/tháng; nhiệt độ lớn nhất 31-36ºC; độ ẩm từ 76-88%. Mùa khô từ đầu tháng
10 cho đến hết tháng ba năm sau; lượng mưa chỉ trong khoảng 8-22mm/tháng ;
nhiệt độ trung bình khoảng 13-15ºC, độ ẩm trung bình 30-45%. Lượng mưa trung
bình năm khoảng 1.822mm [16].
Địa chất thủy văn: Khu vực mỏ Chợ Đồn có hệ thống sông suối khá dày đặc

nhưng đa số là các nhánh thượng nguồn sông Cầu, sông Năng, sông Phó Đáy, sông
Bình Trung đặc điểm là sông đầu nguồn, lòng sông ngắn, dốc, thủy chế thất thường.
Đặc điểm địa chất:
Mỏ quặng chì, kẽm Chợ Đồn là một trong bốn vùng mỏ quặng nằm trong cấu
trúc uốn nếp Lô Gâm- Phú Ngữ. Trong cấu trúc này, các thành tạo địa chất chứa
khoáng hóa chì, kẽm là trầm tích carbonat, lục nguyên carbonat được phân bố rộng
rãi các mỏ và điểm quặng Pb-Zn, chiếm 80% trữ lượng Pb-Zn kim loại ở Việt Nam,
đồng thời cũng là nguồn cung cấp có triển vọng nhiều nguyên tố hiếm và quý hiếm
như In, Cd, Ag, Bi, Te. Khu mỏ Chợ Đồn phân bố ở phía đông cấu trúc Lô Gâm,
cách vùng quặng Lang Hích khoảng 50km về phía Bắc.
Các tụ khoáng Pb-Zn chủ yếu phân bố trong tầng lục nguyên- carbonat tuổi
Devon sớm hệ tầng Mia Lé (D1ml)và Pia Phương (D1pp) và chỉ ít tụ khoáng phân
bố trong trầm tích lục nguyên hệ tầng Phú Ngữ (О3-S1 pn). Chiếm ưu thế trong các
hệ tầng này là đá phiến thạch anh – sericit và phiến sét, vôi sét với các tập đá vôi, đá
vôi silic và vôi sét xen kẹp quarzit, tuff albitophyr và tuff cát kết. Các đá bị biến vị
thành các nếp uốn ngắn và chia cắt với các phá hủy kiến tạo có phương khác nhau.
Quặng hóa Pb-Zn tập trung chủ yếu trong các trầm tích carbonat Devon, trong các
nút giao cắt của các cấu trúc phương kinh tuyến với phương đông bắc- tây nam. Đới
quặng hóa phân bố trong các tập đá vôi màu xám xen lớp với bột kết, phiến sét và
cát kết.
Các thành tạo magma ít phát triển, ở khu mỏ lộ ra một số thân xâm nhập
nông với thành phần axit và á kiềm được xếp vào phức hệ Phia Bioc chủ yếu
gồmgranit biotit sẫm màu dạng porphyr với các tinh thể feldspat lớn, đôi chỗ
chuyển sang granit biotitvà phức hệ Chợ Đồn thân nhỏ dạng thấu kính, các mạch,
các thể tường sienit và sienit thạch anh.
5


Đặc điểm khoáng vật và địa hóa mỏ quặng tại mỏ chì, kẽm Chợ Đồn:
Thành phần hóa học và hàm lượng nguyên tố trong tạp chất trong quặng từ các mỏ

khu vực Chợ Đồn cho thấy ngoài các nguyên tố quặng chính Pb, Zn chúng khá giàu
In, Sd, Cd, Cu, Ag, Bi, Sb, As. Trong tinh quặng chì, ngoài Pb (60,5%) và Zn
(2,0%) còn xác định được Cu (4300 ppm), Ag (140 ppm), Sb (388 ppm), Bi (831
ppm) và As (8340 ppm). Tinh quặng kẽm (Zn - 59,52%) chứa Pb (0,7%), In (588
ppm), Sn (1457 ppm), Cd (1270 ppm), Cu (5658 ppm), Ag (178 ppm), Ga (83
ppm), Se (19 ppm), As (2000 ppm). Trong đuôi thải tuyển nổi ghi nhận được hàm
lượng các nguyên tố Zn - 0,7%; Pb - 0,9% và As - 1,3%, chứng tỏ lượng thất thoát
các nguyên tố này không lớn. Tuy nhiên hàm lượng In (14,98ppm) và Ag
(33,55ppm) trong đuôi thải là rất đáng quan tâm. Hàm lượng các nguyên tố đất
hiếm và phóng xạ trong quặng cũng như các sản phẩm tuyển không vượt quá giá trị
Clark.
Sự tích tụ chủ yếu các nguyên tố tạp chất trong tinh quặng chì, kẽm rõ ràng
chứng minh cho mối liên quan của chúng với các khoáng vật quặng chính- sphalerit
và galenit. Một phần các nguyên tố này có thể tham gia vào thành phần khoáng vật
quặng chính dưới dạng đồng hình, phần khác tạo thành các pha khoáng độc lập, tổ
hợp chặt chẽ với khoáng vật quặng chính hoặc khoáng vật quặng chính khác. Tổ
hợp phong phú các pha khoáng độc lập- sphalerit (ZnS), galenit (PbS), pyrit (FeS2),
arsenopyrit (FeAsS), chalcopyrit (CuFeS2), pyrotin (FeS), stanin (Cu2FeSnS4),
tetraedrit (Cu,Zn,Ag)3(Sb,As)S3, cassiterit (SnO2), bismuth tự sinh (Bi).
Các thân quặng bị oxy hóa yếu có gặp quặng sulfide chì, kẽm hoặc phần lớn
là quặng thứ sinh, ở độ sâu10-16m là quặng sulfide tàn dư. Hiện nay tại mỏ Pù Sáp
đang khai thác quặng phong hóa chì, kẽm ở dạng mỏ lộ thiên. Quặng phong hóa tập
trung trên sườn đồi, thành phần chủ yếu là quặng oxid chì, carbonat chì, kẽm và
sulfar chì. Về hình thái các thân quặng phía nam Chợ Đồn phổ biến 2 dạng là giả
tầng phần trên mặt, xuống sâu chuyển sang dạng mạch xuyên cắt.Thân quặng nằm
trong tầng đá vôi bị hoa hóa, dolomit hóa khá mạnh mẽ. Biến đổi gần quặng đặc
trưng là dolomit hóa, clorit hóa, thạch anh hóa và calcit hóa. Tại mỏ Nà Bốp, bề dày
thân quặng khá ổn định 10-18m. Hàm lượng Pb-Zn trong thân quặng I thay đổi khá
lớn từ 5,5% (Pb+Zn) đến 20,58%. Hiện tượng biến đổi cạnh mạch khá phổ biến,
chủ yếu là pyrit hóa, dolomit hóa, thạch anh hóa và clorit hóa [2].

6


Thành phần khoáng vật nguyên sinh: thành phần khoáng vật của các mỏ
chì, kẽm Chợ Đồn khá giống nhau, với các khoáng vật quặng chính gồm có:
sphalerit, galenit, pyrit, marcasite, pyrotin, arsenopyrit, chalcopyrite, hiếm gặp hơn
là quặng đồng xám (tetraedit); các khoáng vật thứ sinh ở đới biểu sinh gồm có:
hydroxyt sắt (geotit, limonit) anglerit, cerusit, smitsonit, số còn lại là các khoáng vật
của đá vây quanh quặng: dolomit, calcit thạch anh, sericit, clorit, granat….
Các tổ hợp cộng sinh khoáng vật nguyên sinh gồm có:1) Carbonat–
Sphalerit- pyrit cầu (loại keo kết tinh) đặc trưng cho giai đoạn tạo khoáng nhiệt
dịch- trầm tích. Loại quặng này thường bị dập vỡ, phân lớp và bị uốn nếp; 2) Thạch
anh – pyrit- arsenopyrit –pyrotin là tổ hợp cộng sinh đặc trưng cho giai đoạn
khoáng hóa nhiệt dịch sớm hình thành chủ yếu do lấp đầy khe nứt và biến chất trao
đổi giữa đá carbonat bị đolomit hóa và dung dịch nhiệt dịch cũng như các khoáng
vật quặng giai đoạn nhiệt dịch cũng như các khoáng vật quặng giai đoạn nhiệt dịch trầm tích và dung dịch nhiệt dịch; 3) Tổ hợp galenit–sphalerit–pyrit–pyrotin–
chalcopyrit-quặng đồng xám là giai đoạn tạo quặng công nghiệp của thân quặng,
thường chồng gối lên quặng của giai đoạn tạo quặng nhiệt dịch phun trào trầm tích;
4) Tổ hợp calcit-thạch anh-pyrit là giai đoạn kết thúc quá trình khoáng hoá nhiệt
dịch, các mạch thạch anh calcit - pyrit nhỏ xuyên cắt các quặng giai đoạn trước.
Thành phần khoáng vật thứ sinh: Sản phẩm oxy hóa quặng sulfide ở khu
mỏ Chợ Đồn phát triển trên các thân quặng sulfide tạo ra đới oxy hóa mà trên cùng
là mũ sắt. Ngoài ra còn có một số khoáng vật thứ sinh như: 1) Geotit và
hydrogeotitphát triển trong quặng có chứa nhiều pyrit, chúng phát triển ven rìa các
hạt pyrit tạo kiến trúc gặm mòn thay thế, dạng ngưng keo, vô định hình, đôi khi
thay thế hoàn toàn khoáng này tạo kiến trúc tàn dư; 2) Scorodit chỉ gặp ven rìa các
hạt arsenopyrit bị dập vỡ; 3) Anglesit và cerusit hình thành ven rìa các hạt galenit
dưới dạng đường riềm hay ngưng keo và; 4) Smitsonit chỉ gặp ở ven rìa một số hạt
sphalerit dạng keo vô định hình.
1.1.3.2. Công nghệ khai thác và chế biến khoáng sản

Khu mỏ chì, kẽm Chợ Đồn đang tồn tại 2 phương thức khai thác khoáng sản
gồm có khai thác lộ thiên và khai thác hầm lò. Công tác khai thác được cơ giới hóa
với mức độ thấp chủ yếu là bán cơ giới và thủ công.
7


Khai thác hầm lò: Đối với các thân quặng sunfua (phần ở sâu) đang sử dụng
phương pháp khai thác hầm lò dùng hệ thống khai thác buồng cột hoặc hệ thống
khai thác lưu quặng toàn phần. Quy trình khai thác bao gồm phá vỡ quặng, đá bằng
khoan nổ mìn, xúc bốc thủ công, vận tải trong mỏ bằng tự chảy hoặc gòng đẩy tay,
bằng tời điện ở giếng đứng và nghiêng, thông gió cưỡng bức bằng quạt, thoát nước
bằng bơm và tự chảy, vận tải ngoài mỏ bằng ô tô.
Khai thác lộ thiên: Phương thức này thường khai thác theo moong. Đối với
thân quặng oxit (phần mặt trên) các đơn vị khai thác đều áp dụng quy trình dùng
máy xúc, máy gạt, gàu xúc, ô tô để khai thác. Trong các moong khai thác lộ thiên,
do có sự bay hơi mạnh mẽ, nồng độ các chất hòa tan trong nước thường vượt trội
hơn hẳn so với nước thải mỏ từ khai thác hầm lò.
Quặng chì, kẽm nguyên khai sau khi khai thác ở mỏ Chợ Đồn được đưa về
xưởng và chế biến như sau (Hình 1.1):
- Công nghệ tuyển nổi tinh quặng sunfua kẽm chì ngày càng được hoàn
thiện. Chất lượng tinh quặng kẽm từ lúc chỉ đạt 48% Zn và 5,5% Pb sau nhiều lần
cải tiến, hoàn thiện đến nay đã đạt > 50% Zn và < 2% Pb thực thu tăng từ 77% lên
trên 90%.
- Sử dụng các loại thuốc tuyển thân thiện hơn với môi trường thay thế cho
các thuốc tuyển độc hại như xyanua, ZnSO4, 7H2O và Na2SO4 nhưng vẫn giữ được
các chỉ tiêu công nghệ tuyển hầu như không thay đổi.
Khu chế biến Lũng Váng có hai nhà máy chế biến chì - kẽm, một nhà máy
do Công ty Cổ phần khoáng sản Bắc Kạn đầu tư bằng phương pháp tuyển nổi với
công suất thiết kế 60.000 tấn quặng nguyên/năm. Do không cung cấp đủ nguyên
liệu nên nhà máy không hoạt động hết công suất, nhà máy chế biến này tiếp nhận

chế biến quặng từ mỏ Nà Bốp và Pù Sáp. Cũng thuộc khu chế biến Lũng Váng,
cách nhà máy chế biến chì – kẽm trên khoảng 200m có một nhà máy tuyển nổi chì –
kẽm Việt Trung, được đầu tư với công suất thiết kế 60.000 tấn quặng nguyên/năm.
Nhà máy này cũng hoạt động trong tình trạng thiếu nguyên liệu (Nguyễn Văn
Thăng, 2014).

8


Mỏ Nà Bốp hiện tại áp dụng phương pháp khai thác lò ngang do Công ty Cổ
phần khoáng sản Bắc Kạn được Bộ TNMT cấp phép khai thác với thời hạn là 16
năm từ ngày 12/12/2013 với công suất 30.000 tấn quặng/năm. Khu vực khai thác
gần khu dân cư và đất nông nghiệp.
Mỏ Pù Sáp đang được khai thác bằng phương pháp lộ thiên và lò ngang.
Tầng dưới khai thác hầm lò, tầng trên khai thác lộ thiên. Moong khai thác lộ thiên
có chiều rộng khoảng 70m, dài khoảng 100m, kéo dài theo phương tây bắc - đông
nam (Trần Tuấn Anh, 2010). Công ty Cổ phần khoáng sản Bắc Kạn được Bộ
TNMT cấp phép khai thác với thời hạn là 16 năm từ ngày 12/12/2013 với công suất
30.000 tấn quặng/năm. Khu vực khai thác gần khu dân cư và đất nông nghiệp
Khu vực chế biến Lũng Váng, các thân quặng chì – kẽm chủ yếu nằm trong
đá carbonat và hiện nay đang được khai thác hầm lò. Xung quanh mỏ không có dân
sinh sống, việc khai thác thuận lợi. Phương thức khai thác là lò ngang, nghiêng và
lò được mở theo hình thức đuổi theo mạch quặng nhiều khi phân theo 2 - 3 nhánh lò
phụ. Do công ty trách nhiệm hữu hạn Việt Trung khai thác trong diện tích 24,5 ha,
mỏ đang trong quá trình xây dựng mỏ, công suất khai thác 1.650 tấn quặng/năm
(Trần Tuấn Anh, 2010). Các khu vực đều có các xưởng nghiền tuyển thu hồi tinh
quặng với công suất khác nhau từ 150 tấn/ngày đến 500-600 tấn/ngày. Khu vực mỏ
Nà Bốp và Pù Sáp phương pháp chế biến chủ yếu là tuyển nổi tại xưởng tuyển Bằng
Lũng, khu vực Ba Bồ có xưởng tuyển riêng. Xong các xưởng tuyển cũng không
hoạt động liên tục. Thải tuyển được đưa vào các hồ chứa thải có dung tích từ

120.000 m3 và nước thải từ khu xưởng tuyển đổ về hồ lắng từ 240 m3/ngày.đêm đến
350 m3/ngày.đêm (Xưởng tuyển Bằng Lũng).

9


Hình 1.1. Sơ đồ công nghệ chế biến chì, kẽm
Nguồn: Công ty Cổ phần Khoáng sản Bắc Kạn (2014)

1.1.3.3. Hiện trạng xử lý nước thải khu mỏ chì kẽm Chợ Đồn
Bắc Kạn có mạng lưới sông ngòi dày đặc, chảy ra nhiều hướng xung quanh.
Trong các con sông ở Bắc Kạn, sông Cầu bị ô nhiễm nặng nhất do các hoạt động
sản xuất, kinh doanh, khai thác khoáng sản, sinh hoạt của con người. Ngoài ra, nước
hồ Ba Bể đã có hiện tượng ô nhiễm cục bộ do dầu thải từ hàng chục xuồng máy du
lịch hồ Ba Bể và các vỏ hộp bia, nước giải khát của khách du lịch vứt bừa bãi. Bên
bờ hồ phía bến đậu của xuồng máy xuất hiện nhiều vết dầu loang. Bắc Kạn có trên
40 điểm khai thác chì, kẽm, vàng và đá. Do chưa được quản lý tốt, đa phần các mỏ
khai thác đều không có hệ thống xử lý nước thải, nên nước thải trong và sau khi
khai thác, tuyển quặng được xả thẳng vào các sông suối làm cho nguồn nước ở các
vùng khai thác bị ô nhiễm nghiêm trọng. Hoặc nếu có hệ thống xử lý nước thải thì
hầu hết các cơ sở khai thác và chế biến khoáng sản của tỉnh đều sử dụng công nghệ
lạc hậu, nên nước thải vẫn chưa đạt chuẩn xả thải. Tuy nhiên, trong địa phận tỉnh
Bắc Kạn, hiện tượng ô nhiễm nước mặt chỉ diễn ra cục bộ, còn nhìn chung, chất
lượng nước mặt ở đây còn tương đối tốt.
10


Sự phân bố những điểm ô nhiễm nước mặt tập trung chính tại các điểm khai
khoáng của huyện Chợ Đồn (Sở Tài nguyên môi trường Bắc Kạn, 2009). Riêng khu
vực mỏ Chợ Đồn có hệ thống sông suối khá dày đặc nhưng đa số là các nhánh

thượng nguồn sông Cầu, sông Năng, sông Phó Đáy, sông Bình Trung với đặc điểm
là sông đầu nguồn, lòng sông ngắn, dốc, thủy chế thất thường. Nên nước sông ở khu
vực này bị ô nhiễm có nguy cơ gây nguy hiểm cho người dân sử dụng nước ở vùng
hạ lưu. Do vậy, cần thiết có cơ chế tập trung xử lý nước thải khai khoáng trước khi
thải vào môi trường nước để hạn chế nguy cơ ô nhiễm. Hiện trạng công nghệ xử lý
nước thải Pb-Zn (Hình 1.2).

Hình 1.2. Sơ đồ hiện trạng công nghệ xử lý nƣớc thải khu mỏ chì, kẽm Chợ Đồn
11


1.1.3.4. Tác động của ô nhiễm đến môi trường nước
Tại khu vực khai thác
Công tác khai thác bao gồm khai thác lộ thiên và khai thác hầm lò. Khai thác
lộ thiên làm phát tán các nguyên tố quặng và các nguyên tố đi kèm vào đất và
nguồn nước xung quanh. Công tác khai thác hầm lò cũng đổ đá thải, nước tháo khô
mỏ đổ ra xung quanh nơi khai thác làm ô nhiễm nguồn nước mặt (Hình 1.3, 1.4).
Nước từ các hầm lũ khai thác (nước ngầm) và nước mưa chảy tràn trên khai trường
được gọi là nước thải mỏ. Loại nước này không được xử lý và mang theo các chất
rắn, các ion kim loại có thể gây ô nhiễm môi trường đất và nước.

Hình 1.3. Bãi tập kết quặng và bãi thải
chì, kẽm tại mỏ Pù Sáp gần ngay lòng
suối Tủm Tó (Nam Chợ Đồn)

Hình 1.4. Bãi tập kết quặng và bãi thải
chì, kẽm tại khu mỏ Bằng Lãng (Nam
Chợ Đồn)

Tại khu vực xưởng tuyển

Xung quanh khu vực xưởng tuyển quặng cũng thải ra lượng chất thải lớn,
gồm bùn thải từ xưởng tuyển nổi và tro xỉ từ xưởng bột kẽm đổ vào các thung lũng
xung quanh. Những chất thải này đều chứa các kim loại và các nguyên tố đi kèm,
trong nhiều năm chúng phân tán ra môi trường xung quanh gây ô nhiễm nguồn
nước. Lượng nước thải chủ yếu là khu vực tuyển nổi, mỗi ngày từ các khâu sản xuất
trong xưởng tuyển được tính theo cân bằng bùn-nước của công nghệ tuyển có chứa
các thuốc tuyển và kim loại hòa tan (240 m3/ngày).
Hiện tại, bùn thải được dẫn vào hồ thải có đập chắn, bùn thải lắng lại; nước
từ dòng bùn thải tràn qua đập xuống hồ thải dưới rồi lại được bơm lên tái sử dụng.
Phần chảy tràn đi vào nhánh suối, gây nguy cơ ô nhiễm nguồn nước suối.

12