(Luận văn thạc sĩ) đặc điểm oxy hóa quặng pyrit ở mỏ pyrit giáp lai và các vấn đề môi trường liên quan

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

Nguyễn Thị Liên

ĐẶC ĐIỂM OXY HÓA QUẶNG PYRIT Ở MỎ PYRIT GIÁP LAI
VÀ CÁC VẤN ĐỀ MÔI TRƢỜNG LIÊN QUAN

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội - Năm 2013


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

Nguyễn Thị Liên

ĐẶC ĐIỂM OXY HÓA QUẶNG PYRIT Ở MỎ PYRIT GIÁP LAI
VÀ CÁC VẤN ĐỀ MÔI TRƢỜNG LIÊN QUAN

Chun ngành: Khống vật học và địa hóa học
Mã số: 60440205

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC

TS. Phạm Tích Xuân

Hà Nội - Năm 2013


LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành luận văn này em đã nhận được sự chỉ bảo và hướng dẫn tận
tình của thầy hướng dẫn, sự giúp đỡ và tạo điều kiện của bác, cơ, anh, chị trong
phịng Địa hóa, Lãnh đạo và các cán bộ Viện Địa chất – Viện Hàn lâm Khoa học và
Công nghệ Việt Nam là nơi em đã và đang cơng tác trong suốt q trình thực hiện
luận văn
Đầu tiên cho em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới TS. Phạm Tích Xuân người
đã trực tiếp hướng dẫn, chỉ bảo tận tình cho em trong suốt q trình thực hiện và
hồn thành luận văn
Qua đây, em cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành tới các thầy cô giáo trong
Khoa Địa chất - Trường Đại học Khoa học Tự nhiên và toàn thể các các bộ của
phịng Địa hóa Viện Địa chất – Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã
giúp đỡ và tạo điều kiện cho em được học tập, nghiên cứu và trao đổi trong suốt
thời gian hoàn thành luận văn. Đặc biệt em xin cảm ơn PGS.TS. Nguyễn Văn Phổ
và TS Nguyễn Thùy Dương, người đã giúp đỡ em rất nhiều trong quá trình tìm hiểu,
nghiên cứu và tổng hợp tài liệu hồn thành luận văn này.
Cuối cùng đó là lời cảm ơn chân thành tới gia đình và bạn bè những người
luôn ủng hộ, động viên và tạo mọi điều kiện cho em trong suốt q trình học tập,
cơng tác cũng như trong quá trình thực hiện luận văn.
Em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày

tháng 12 năm 2013

Học viên: Nguyễn Thị Liên

MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ...........................................................................................................
CHƢƠNG 1. KHÁI QUÁT CHUNG VỀ KHU VỰC MỎ PYRIT GIÁP LAI..

1

1.1. Đặc điểm địa lý tự nhiên, kinh tế - xã hội ..............................................

3

3

1.2. Đặc điểm địa chất khoáng sản và lịch sử hoạt động khai thác chế biến quặng 4
pyrit ở mỏ pyrit Giáp Lai.........................................................................
CHƢƠNG 2. CỞ SỞ LÝ THUYẾT VÀ HỆ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

9

2.1. Cơ sở lý thuyết ........................................................................................

9

2.2. Hệ phương pháp nghiên cứu ...................................................................

13

CHƢƠNG 3. ĐẶC ĐIỂM OXY HÓA QUẶNG PYRIT VÀ VẤN ĐỀ Ô NHIỄM 17
KIM LOẠI NẶNG................................................................................
3.1. Đặc điểm thành phần quặng ...................................................................

17

3.2. Các khống vật thứ sinh chính trong đới oxy hóa sulfid…..………….

21

3.3. Đặc điểm oxy hóa quặng pyrit...........................................................................

23

3.4. Dịng thải axit mỏ ở khu vực Giáp Lai và vấn đề ơ nhiễm kim loại 32
nặng...............................................................................................................................
CHƢƠNG 4. HIỆN TRẠNG Ơ NHIỄM KIM LOẠI NẶNG Ở KHU VỰC MỎ 40
PYRIT GIÁP LAI........................................................................................
4.1. Môi trường nước mặt...............................................................................

40

4.2. Môi trường nước ngầm............................................................................

49

4.3. Môi trường đất .......................................................................................

52

CHƢƠNG 5. THÍ NGHIỆM KHẢ NĂNG TẠO AXIT VÀ TÁCH CHIẾT KIM 55
LOẠI NẶNG TỪ CÁC VẬT LIỆU BÃI THẢI CỦA MỎ PYRIT GIÁP
LAI.......................................................................................................................

5.1. Thí nghiệm xác đinh khả năng tạo axit....................................................

55

5.2. Thí nghiệm chiết tách kim loại nặng bằng axit.......................................

56

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ….........................................................................

61

TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................

63


DANH SÁCH HÌNH VẼ
Hình1. Sơ đồ vị trí mỏ pyrit Giáp Lai
Hình 2. Sơ đồ địa chất khu mỏ pyrit Giáp Lai
Hình 3. Các kiểu dịng thải mỏ được hình thành do oxy hóa sulfid.
Hình 4. Mơ hình biểu diễn sự thành tạo dòng thải axit và sự di chuyển chất ơ nhiễm

từ một bãi thải
Hình 5. Hồ thải quặng đi và sự hình thành dịng thải axit
Hình 6. Moong khai thác lộ thiên và sự hình thành dịng thải axit mỏ
Hình 7. Khai thác hầm lị và sự hình thành dịng thải axit mỏ
Hình 8. Giản đồ XRD mẫu quặng pyrit bị oxy hóa
Hình 9. Giản đồ XRD mẫu quặng pyrit bị oxy hóa
Hình 10. Biểu đồ biến thiên pH theo thời gian tại hồ số 2

Hình 11. Biểu đồ biến thiên độ pH theo chiều sâu tại bãi thải 1
Hình 12. Sơ đồ vị trí các điểm khảo sát, đo chỉ tiêu mơi trường và lấy mẫu
Hình 13. Biểu đồ biến thiên pH dọc theo suối Đồng Đạo
Hình 14. Hàm lượng Ni trong mẫu nước nước mặt khu vực Giáp Lai
Hình 15. Hàm lượng Zn trong mẫu nước mặt ở khu vực mỏ pyrit Giáp Lai
Hình 16. Hàm lượng Pb trong mẫu nước mặt khu vực mỏ pyrit Giáp Lai
Hình 17. Biểu đồ so sánh hàm lượng As và kim loại nặng trong nước mặt ở khu mỏ
Giáp Lai với nước sơng Bứa
Hình 18. Biểu đồ tỷ lệ mẫu nước ngầm có chỉ số pH thấp hơn tiêu chuẩn cho phép
Hình 19. Biểu đồ tỷ lệ mẫu nước ngầm có hàm lượng kim loại vượt tiêu chuẩn cho
phép ở khu mỏ pyrit Giáp Lai
Hình 20. Biểu đồ hàm lượng As trong đất ở khu vực Giáp Lai so với QCVN03:2008
Hình 21. Biểu đồ tỷ lệ hàm lượng một số KLN trong đất ở khu vực Giáp Lai so với
QCVN03:2008 (mùa mưa)
Hình 22. Biểu đồ tỷ lệ hàm lượng một số KLN trong đất ở khu vực Giáp Lai so với
QCVN03:2008 (mùa khô)


Hình 23. Biến thiên độ pH trong các thí nghiệm theo thời gian
Hình 24. Biến thiên hàm lượng Cu theo thời gian
Hình 25. Biến thiên hàm lượng Ni theo thời gian
Hình 26. Biến thiên hàm lượng Co theo thời gian
DANH SÁCH BẢNG BIỂU
Bảng 1. Hàm lượng trung bình của một số kim loại trong quặng pyrit
Bảng 2. Các khoáng vật thứ sinh thường gặp trong các đới oxy hóa của các sulfid
kim loại điển hình
Bảng 3. Kết quả đo pH mẫu nước tại moong khai thác pyrit Giáp Lai
Bảng 4. Kết quả thí nghiệm bằng phương pháp pH paste
Bảng 5. Hàm lượng một số kim loại trong đất đá thải và bãi quặng đuôi ở Giáp Lai
Bảng 6. Kết quả đo pH và hàm lượng một số KLN trong các mẫu nước ở moong

khai thác cũ (các hồ) và các bãi thải khai thác
Bảng 7. Kết quả đo một số chỉ tiêu môi trường nước mặt ở khu vực Giáp Lai
Bảng 8. Hàm lượng KLN trong nước mặt khu vực pyrit Giáp Lai vào mùa mưa
Bảng 9. Hàm lượng KLN trong nước mặt khu vực pyrit Giáp Lai vào mùa khô
Bảng 10. Kết quả đo một số chỉ tiêu mẫu nước giếng khu vực mỏ pyrit Giáp Lai
Bảng 11. Hàm lượng kim loại nặng trong nước giếng khu vực pyrit Giáp Lai (mg/l)
Bảng 12. Hàm lượng kim loại nặng trong đât khu vực pyrit Giáp Lai (mg/kg)
Bảng 13. Kết quả thí nghiệm khả năng tạo axit của vật liệu bãi thải
Bảng 14. Kết quả thí nghiệm chiết tách kim loại bằng dung dịch axit H 2SO4
pH=2.05
Bảng 15. Kết quả thí nghiệm chiết tách kim loại bằng dung dịch axit H 2SO4
pH=4.04


DANH SÁCH ẢNH MINH HỌA
Ảnh 1. Tinh thể pyrit bị dập vỡ kết tinh khá tự hình
Ảnh 2. Hạt pyrit với bề mặt bị dập vỡ
Ảnh 3. Các hạt pyrit kết tinh tự hình và đang bị biến đổi oxy hóa
Ảnh 4. Pyrit và pyrotin, pyrotin bị dập vỡ và đang bị oxy hóa
Ảnh 5. Pyrit và pyrotin đang bị oxy hóa
Ảnh 6. Pyrotin tiếp xúc phẳng với chancopyrit
Ảnh 7. Hạt pyrit bị dập vỡ, các khe nứt được lấp đầy bởi các oxyhydroxit sắt
Ảnh 8. Các hạt pyrit bị oxy hóa từ rìa vào, có chỗ đã bị thay thế hoàn toàn bởi các
các oxit (oxyhydroxit) sắt
Ảnh 9. Pyrit bị oxy hóa từ ngồi vào trong tạo thành các riềm goetit bao quanh
Ảnh 10. Pyrit bị oxy hóa từ ngoài vào trong tạo thành các riềm goetit bao quanh. Có
chỗ pyrit đã bị biến đổi hồn tồn
Ảnh 11. Hạt pyrit bị biến đổi hoàn toàn thành goetit, nhưng vẫn giữ được hình dạng
tinh thể pyrit ban đầu
Ảnh 12. Hạt pyrit bị biến đổi thành goetit, goetit giả hình theo pyrit

Ảnh 13. Bề mặt hạt pyrit trước khi để oxy hóa tự do ngồi khơng khí
Ảnh 14. Bề mặt hạt pyrit sau khi để oxy hóa trong khơng khí một thời gian
Ảnh 15. Khảo sát và lấy mẫu tại khu vực hồ Giáp Lai (hồ số 2)
Ảnh 16. Khảo sát và lấy mẫu tại khu vực hồ Giáp Lai (hồ số 2)
Ảnh 17. Khe suối cạnh bãi tập thải quặng đuôi
Ảnh 18. Nước axit thấm ra từ bãi thải quặng đuôi ở mỏ pyrit Giáp Lai
Ảnh 19. Nước màu vàng vẫn thường xuyên rỉ ra từ khu tập kết quặng pyrit cũ
Ảnh 20. Tường nhà trụ sở UBND xã Giáp Lai thường xuyên bị tróc lở do tác động
của nước axit ngấm lên từ đất
Ảnh 21. Dòng thải axit rò rỉ từ bãi tập kết quặng cũ chảy vào ruộng lúa bên cạnh tạo
ra các màng sắt nâu, lúa không thể sinh trưởng được
Ảnh 22. Dòng thải axit rò rỉ từ bãi tập kết quặng cũ chảy vào ruộng lúa bên cạnh tạo
ra các màng sắt nâu, lúa không thể sinh trưởng được


MỞ ĐẦU
Q trình oxy hóa sulfid và hiện tượng tạo dịng thải axit ln là vấn đề mơi
trường hàng đầu liên quan đến các hoạt động khai thác và chế biến khống sản kim
loại bởi vì cùng với q trình đó là sự hịa tan và phát tán vào mơi trường các kim
loại và các chất độc hại khác. Axit được hình thành là do q trình oxy hóa các
khống vật sulfid (điển hình là pyrit) khi tiếp xúc với oxy và nước. Tuy nhiên, khả
năng các đá chứa sulfid tạo thành dòng thải axit phụ thuộc rất nhiều vào sự có mặt
của các khống vật có tính kiềm, như calcit (CaCO3), dolomit (CaMg(CO3)2 và một
số khoáng vật khác. Sự hình thành dịng thải axit có thể xuất hiện khá nhanh và có
thể đạt được mức tối đa sau một vài chục năm (Ziemkiewicz et al, 1991; Hart et al,
1991) [13] và cịn có thể tiếp tục ngay cả khi mỏ đã đóng cửa. Nhiều tác giả cịn
nhấn mạnh rằng, nguy cơ ô nhiễm kim loại nặng từ các mỏ đã đóng cửa cịn cao
hơn vì tình trạng khơng kiểm soát của chúng.
Mỏ pyrit Giáp Lai thuộc địa bàn huyện Thanh Sơn (Phú Thọ) hoạt động
trong khoảng thời gian 1975 đến 1999, sau đó mỏ đã đóng cửa. Trung bình hàng

năm khai thác khoảng 10 - 50 nghìn tấn quặng pyrit, thời kỳ cao điểm (những năm
1980) sản lượng lên đến 200.000 tấn/năm.
Trong những năm 2006 - 2007, trên các phương tiện thông tin đại chúng đã
đưa hàng loạt bài viết về tình trạng số người mắc ung thư ở xã Giáp Lai tăng vọt,
nhiều người là công nhân cũ trực tiếp tham gia khai thác và tuyển quặng pyrit mắc
nhiều loại bệnh khác nhau, một số bị vô sinh. Gần đây các tác giả N. Håkan TarrasWahlberg và Lan T. Nguyen [9] đã có những nghiên cứu về dịng thải axit mỏ và
hiện tượng ô nhiễm kim loại nặng ở khu mỏ Giáp Lai. Kết quả cho thấy hàm lượng
kim loại trong nước mặt tăng lên sau khi đóng mỏ và như vậy nguy cơ ô nhiễm
càng cao hơn.
Rõ ràng là, mặc dù đã đóng cửa hơn 10 năm, nhưng mỏ pyrit Giáp Lai vẫn đang đặt
ra những vấn đề môi trường cấp bách. Xuất phát từ thực tế đó, học viên đã lựa chọn
đề tài: “Đặc điểm oxy hóa quặng pyrit ở mỏ pyrit Giáp Lai và các vấn đề môi
trường liên quan” làm đề tài luận vặn tốt nghiệp của mình. Kết quả nghiên cứu của đề

1


tài sẽ là cơ sở cho việc bảo vệ môi trường ở khu vực mỏ Giáp Lai, đồng thời đóng
góp những luận cứ khoa học cho công tác quản lý và bảo vệ mơi trường sau đóng
cửa mỏ nói chung.
Mục tiêu của luận văn là làm sáng tỏ các đặc điểm oxy hóa quặng pyrit ở
mỏ pyrit Giáp Lai và các vấn đề mơi trường liên quan đến qúa trình oxy hóa pyrit.
Đánh giá khả năng tạo dịng thải mỏ axit và nguy cơ gây ô nhiễm kim loại nặng từ
các vật liệu bãi thải ở khu vực Giáp Lai.
Bố cục của luận văn gồm:
Mở đầu
Chương 1. Khái quát chung về khu vực mỏ pyrit Giáp Lai
Chương 2. Cơ sở lý thuyết và hệ phương pháp nghiên cứu
Chương 3. Đặc điểm oxy hóa quặng pyrit và vấn đề ơ nhiễm kim loại nặng
Chương 4. Hiện trạng môi trường do quá trình oxy hóa pyrit ở khu vực mỏ

pyrit Giáp Lai
Chương 5. Thí nghiệm khả năng tạo axit và tách chiết kim loại nặng từ các
vật liệu bãi thải của mỏ pyrit Giáp Lai
Kết luận
Tài liệu tham khảo

2


CHƢƠNG 1
KHÁI QUÁT CHUNG VỀ KHU VỰC MỎ PYRIT GIÁP LAI
1.1. Đặc điểm địa lý tự nhiên, kinh tế - xã hội
1.1.1. Đặc điểm địa lý tự nhiên
Mỏ pyrit Giáp Lai thuộc xã Giáp Lai, huyện Thanh Sơn, tỉnh Phú Thọ (Hình
1). Khu vực này nằm trong thung lũng với độ cao khoảng 70m chạy dọc theo các
dãy núi thấp theo hướng tây bắc - đông nam (độ cao 200 - 400m).
Khu vực khai thác mỏ nằm trên đường phân thủy, từ đây có hai suối nhỏ
thốt ra. Suối Đồng Đạo đổ vào sơng Bứa (cách khoảng 6,5km về phía tây bắc) và
hệ thống suối nhỏ đổ vào sông Đà (cách khoảng 7 km về phía đơng nam). Suối
Đồng Đạo có lưu lượng khoảng 10 - 100l/s, trong khi đó các suối chảy về phía
Thanh Thủy có lưu lượng dao động trong khoảng 5 đến 350l/s. Sơng Bứa có lưu
lượng khoảng 7 - 50m3/s, trong khi đó sơng Đà là sông lớn với lưu lượng hàng trăm
m3/s.
Giống như các tỉnh miền núi phía Bắc, khí hậu ở đây thuộc kiểu nhiệt đới
gió mùa với lượng mưa trung bình năm khoảng 1600mm và độ ẩm 80 - 90%. Mùa
mưa kéo dài từ tháng 4 đến tháng 9 hàng năm với lượng mưa trung bình tháng lên
tới 200mm, mùa khơ từ tháng 10 đến tháng 3 năm sau với lượng mưa tháng chỉ từ
30 đến 80mm. Nhiệt độ trung bình năm khoảng 230C.
1.1.2. Đặc điểm kinh tế - xã hội
Dân cư trong vùng gồm người Kinh, người Mường, người Dao và một số ít

người Tày. Trong những năm qua cùng với các vùng khác của đất nước, sự nghiệp
giáo dục và chăm sóc sức khỏe của nhân dân trong vùng khơng ngừng được phát
triển. Vùng đã có nhiều bệnh viện, phịng khám đa khoa, các xã đều có trạm y tế kết
hợp thuốc tây và thuốc dân tộc chữa bệnh cho nhân dân địa phương.
Nhìn chung đời sống của nhân dân trong khu vực nghiên cứu đã được cải
thiện và nâng cao rất nhiều. Ở các xã đều có các chợ họp theo phiên, hoạt đông kinh
tế, mua bán trao đổi hàng hóa ở các xã phát triển phục vụ nhu cầu tiêu dùng, thỏa
mãn đời sống của nhân nhân trong vùng.

3


4 82

84

86

88

90

92

94

96

98

00

02

04

06

08

10

12

14

16

18

20

22

24

26

28

30

32

34

36

38

40

42

44

46

48

50

52

54

56

58

60

62

64

66

68

70

72

74

76

78

80

82

84

86

88

2 40 6

04

02

02

00

00

tuyên quang

98

96

5

2 40 6

04

yên bái

98

96

thái nguyên

Đoan Hùng

94

92

94

92

90

90

88

88

Hạ Hòa

86

86

84

84

82

82

80

80

78

78

Thanh Ba

76

Phù Ninh

76

74

74

72

72

Cẩm Khê

70

TX Phú thọ

70

68

68

66

66

vĩnh phúc

64

Yên Lập

62

64

62

Việt Trì

60

phú thọ

58

60

58

Lâm Thao

56

56

54

54

52

52

Thanh Thủy

50

50

48

48

46

46

Tân Sơn

44

44

42

42

40

40

38

38

36

36

34

34

32

32

hà nội

30

Thanh Sơn

28

30

28

26

26

24

24

22

22

20

20

18

18

0

10

20

16

16



kilometers

14

12

sơn la

10

chú giải

hòa bình

08

14

12

10

08

06

06

Sông, suối

Tỉnh lỵ

Đ-ờng giao th«ng

Khu vùc má pyrit

04

04

02

02

2300

4 82

84

86

88

90

92

94

96

98

00

02

04

06

08

10

12

14

16

18

20

22

24

26

28

30

32

34

36

38

40

42

44

46

48

50

52

54

56

58

60

62

64

66

68

70

72

74

76

78

80

82

84

2 30 0

86

5

88

Hình1. Sơ đồ vị trí mỏ pyrit Giáp Lai
1.2. Đặc điểm địa chất khoáng sản và lịch sử hoạt động khai thác chế biến

quặng pyrit ở mỏ pyrit Giáp Lai
1.2.1. Đặc điểm địa tầng
Trong phạm vi mỏ pyrit Giáp Lai và kế cận gặp chủ yếu là các đá biến chất
của hệ tầng Thạch Khốn (NP - Є1 tk). Ngồi ra cịn gặp hạn chế các trầm tích Đệ tứ
thuộc hệ tầng Hà Nội (Q12-2hn), Thái Bình (Q22tb) và Đệ tứ khơng phân chia (Hình
2).
Hệ tầng Thạch Khốn (NP - Є1 tk)
Các thân quặng pyrit phân bố trong các đá biến chất của hệ tầng Thạch
Khoán (NP - Є1 tk) gồm các đá phiến thạch anh hai mica - granat, đá phiến mica staurolit - disten, quarzit, đá hoa.

4


Trong mặt cắt theo thứ tự từ dưới lên gặp các tập đá sau:
- Tập 1 gồm đá hoa calcit, calcit - đolomit màu xám trắng đến màu tro sẫm,
cấu tạo hạt, thành phần tương đối đơn giản, hiện tượng biến đổi khơng phổ biến.
Trong thành phần, ngồi calcit, đolomit đơi chỗ có phlogopit, scapolit, tremolit.
Tầng này dày khoảng 200 m.
- Tập 2 gồm quarzit có plagioclas, xen những lớp kẹp đá phiến mica hoặc
những lớp kẹp mỏng đá hoa calcit màu trắng. Rải rác trong các đá quarzit có những
ổ nhỏ tremolit dạng bó sợi. Tập này dày khoảng 30 m, phân bố khơng liên tục có
chỗ bị vát nhọn hoặc biến mất hoàn toàn.
- Tập 3 gồm đá hoa calcit-đolomit, calcit-tremolit, calcit - biotit -phlogopit.
Thành phần khoáng vật tạo đá tương đối phức tạp. Hiện tượng biến đổi mạnh mẽ,
hiện tượng khoáng hoá pyrit phổ biến. Tầng này dày khoảng 250 m.
- Về tổng thể các lớp đá có thế nằm chung cắm về tây nam với góc dốc 35 500.
1.2.2. Magma
Trong phạm vi khu mỏ và kế cận có các thành tạo granitoid được xếp vào
phức hệ Tân Phương có tuổi Paleozoi sớm. Các đá granitoid phức hệ Tân Phương
gồm hai pha (Hình 2):

Pha sớm (γPZ1tp): gồm chủ yếu là granit biotit, plagiogranit biotit. Các khối
granit có kích thước khơng lớn, chủ yếu tập trung ở phía đơng bắc khu mỏ và một
khối nhỏ ở phía đơng nam mỏ.
Pha muộn (ργPZ1tp): gồm các thể dạng mạch, đai mạch granosienit giàu
microclin màu hồng, granit pegmatit, granit - aplit. Chúng tạo thành chuỗi kéo dài
theo phương tây bắc đông nam và tập trung chủ yếu ở phía đơng bắc mỏ.
Các hoạt động magma gây biến đổi phức tạp các đá của hệ tầng Thạch
Khoán. Các biến đổi thường gặp là skarn hóa, graphit hóa, clorit hóa.

5


H2.
H2. Sơ
Sơ đồ
đồ địa
địa chất
chất khu
khu vực
vực mỏ
mỏ pyrit
pyrit giáp
giáp lai
lai
Năm
Năm
Năm2012
2012
2012
2012

Năm
Năm
Năm
2012
2012
2012
Năm
Năm
Năm
2012
2012
5

20 000

20 500

21 000

21 500

22 000

22 500

23 000

23 500

24 000

24 500

25 000

5

25 500

Chỉ dẫn

26 000

Hệ tầng Thái Bình - Phụ hệ tầng d-ới

NP-ĂÊẻÊ

QÔẻẳÊ Trầm tích sông t-ớng lòng, bÃi bồi:



cát, bột, sét màu nâu

ổPZÊẻấ




96

xÃ
xÃ
xÃSơn
Sơn
Sơn
Sơnhùng
hùng
hùng
hùng
xÃ
xÃ
xÃ
Sơn
Sơn
hùng
hùng
NP-ĂÊẻÔ
53

87

188

47
500

NP-ĂÊẻÊ

XÃ
XÃ

XÃdị
dị
dị
dịnậu
nậu
nậu
nậu NP-ĂÊẻÔ
XÃ
XÃ
XÃ
dị
dị
nậu
nậu

NP-ĂÊẻƠ

NP-ĂÊẻÊ

0
20

344

QÔẻẳÊ
46
500

0
10

ÊPZÊẻấ

75
78



155

NP-ĂÊẻƠ


NP-ĂÊẻƠ



Py
Py

XÃ
XÃ
XÃGIáP
GIáP
GIáPLAI
LAI
LAI

50

Đ-ờng đồng mức



Giáp
Giáp Lai
Lai

269

100


334

44
000

81

xÃ
xÃ
xÃthạch
thạch
thạch
thạchkhoán
khoán
khoán

khoán
xÃ
xÃ
xÃ
thạch
thạch
khoán
khoán
234



NP-ĂÊẻƠ

NP-ĂÊẻÔ

43
500

43
500

100

NP-ĂÊẻÔ



195

QÔẻẳÊ

43
000

35

323

43
000

NP-ĂÊẻÊ



NP-ĂÊẻÔ

5 đá

30


42
500

172

NP-ĂÊẻÔ XÃ
XÃ

XÃ
Thục
Thục
Luyện
Luyện
XÃ
XÃ
XÃThục
Thục
Thục
ThụcLuyện
Luyện
Luyện
Luyện

50



NP-ĂÊẻƠ
42
000

23 42

23

40

260

000

ổPZÊẻấ
192

ổPZÊẻấ


60

200

40

134


100

142


5

20 000

20 500

21 000

Ng-ời
Ng-ời
Ng-ờithành
thành
thành
thànhlập:
lập:
lập:
lập:Phạm
Phạm
Phạm
PhạmTích
Tích
Tích
TíchXuân,
Xuân,
Xuân,
Xuân,Nguyễn
Nguyễn
Nguyễn
NguyễnVăn
Văn
Văn
VănPhổ,
Phổ,
Phổ,
Phổ,Đoàn
Đoàn

Đoàn
ĐoànThu
Thu
Thu
ThuTr
Tr
Tr
Trà,
à,à,
à,à,
à,
Ng-ời
Ng-ời
Ng-ời
thành
thành
lập:
lập:
Phạm
Phạm
Tích
Tích
Xuân,
Xuân,
Nguyễn
Nguyễn
Văn
Văn
Phổ,
Phổ,

Đoàn
Đoàn
Thu
Thu
Tr
Tr
Ng-ời
Ng-ời
Ng-ời
thành
thành
thành
lập:
lập:
lập:
Phạm
Phạm
Phạm
Tích
Tích
Tích
Xuân,
Xuân,
Xuân,
Nguyễn
Nguyễn
Nguyễn
Văn
Văn
Văn

Phổ,
Phổ,
Phổ,
Đoàn
Đoàn
Đoàn
Thu
Thu
Thu
Tr
Tr
Tr
à,à,
à,
Hoàng
Hoàng
Hoàng
Tuyết
Tuyết
Nga,
Nga,
Phạm
Phạm
Thanh
Thanh
Đăng,
Đăng,
Nguyễn
Nguyễn
Thị

Thị
Liên
Liên
Hoàng
Hoàng
HoàngTuyết
Tuyết
Tuyết
TuyếtNga,
Nga,
Nga,
Nga,Phạm
Phạm
Phạm
PhạmThanh
Thanh
Thanh
ThanhĐăng,
Đăng,
Đăng,
Đăng,Nguyễn
Nguyễn
Nguyễn
NguyễnThị
Thị
Thị
ThịLiên
Liên
Liên
Liên

Hoàng
Hoàng
Hoàng
Tuyết
Tuyết
Tuyết
Nga,
Nga,
Nga,
Phạm
Phạm
Phạm
Thanh
Thanh
Thanh
Đăng,
Đăng,
Đăng,
Nguyễn
Nguyễn
Nguyễn
Thị
Thị
Thị
Liên
Liên
Liên

21 500

22 000

22 500

23 000
Tỷ lệ 1:50.000

500

0m

500

23 500

118
1000

24 000

1500

24 500

25 000

25 500

5

26 000

Nền
Nền
Nềnđịa
địa
địa
địachất
chất
chất
chấtdựa
dựa
dựa
dựatheo
theo
theo
theoBản
Bản
Bản
Bảnđồ
đồ
đồ
đồĐịa
Địa
Địa
Địachất
chất
chất
chấtKhoáng
Khoáng

Khoáng
Khoángssssản
ản
sản
ản
ảntỉnh
tỉnh
tỉnh
tỉnhPhú
Phú
Phú
PhúThọ
Thọ
Thọ
Thọtỷ
tỷtỷ
tỷtỷ
tỷlệ
lệlệ
lệlệ
lệ1:50.000
1:50.000
1:50.000
1:50.000
Nền
Nền
Nền
địa
địa
chất

chất
dựa
dựa
theo
theo
Bản
Bản
đồ
đồ
Địa
Địa
chất
chất
Khoáng
Khoáng
ản
tỉnh
tỉnh
Phú
Phú
Thọ
Thọ
1:50.000
1:50.000
Nền
Nền
Nền
địa
địa
địa

chất
chất
chất
dựa
dựa
dựa
theo
theo
theo
Bản
Bản
Bản
đồ
đồ
đồ
Địa
Địa
Địa
chất
chất
chất
Khoáng
Khoáng
Khoáng
ssản
ssản
ản
tỉnh
tỉnh
tỉnh

Phú
Phú
Phú
Thọ
Thọ
Thọ
tỷtỷ
tỷlệ
lệlệ
1:50.000
1:50.000
1:50.000
(tr
(tr
(trung
ung
ung
ungtâm
tâm
tâm
tâmthông
thông
thông
thôngtin
tin
tin
tinl-u
l-u
l-u
l-utr

trtr
trtr
trữữữđịa
địa
địa
địachất)
chất)
chất)
chất)
(tr
(tr
(tr
ung
ung
tâm
tâm
thông
thông
tin
tin
l-u
l-u
địa
địa
chất)
chất)
(tr
(tr
(tr
ung

ung
ung
tâm
tâm
tâm
thông
thông
thông
tin
tin
tin
l-u
l-u
l-u
trtr
trữữữữữữđịa
địa
địa
chất)
chất)
chất)

Hỡnh 2. S a cht khu m pyrit Giỏp Lai

6

Thế nằm của đá

Sông suối

44
500

NP-ĂÊẻƠ

NP-ĂÊẻƠ



Đứt gÃy: a- Xác định. b- Dự đoán,

Đ-ờng giao thông

50

NP-ĂÊẻÔ

200

a
b



56

Phụ hệ tầng d-ới
Đá phiến thạch anh - mica - granat,
đá phiến mica straurolit-đisten, xen
ít lớp quarzit và thấu kính amfibolit

45
000

205

NP-ĂÊẻƠ

Phụ hệ tầng giữa
Đá phiến thạch anh-mutcovit-biotit
cấu tạo sọc dải xen ítlớp quarzit

các kí hiệu khác

40

70

42
500

45
500



NP-ĂÊẻÔ

Pha 1: plagiogranit, granit biotit

Phụ hệ tầng trên
Quarzit xen ít lớp mỏng đá phiến
thạch anh-mutcovit, đá hoa

Ranh giới địa chất

NP-ĂÊẻƠ

NP-ĂÊẻƠ

Pha 2: đá mạch aplit, pecmatit



88

NP-ĂÊẻÔ



tt. thanh sơn

NP-ĂÊẻÊ

XÃ
XÃ
XÃđào
đào

đào
đàoxá
xá
xá
xá
XÃ
XÃ
XÃ
đào
đào
xá
xá

200

TL.3 16

65

NP-ĂÊẻÔ

46
000

NP-ĂÊẻƠ

45
500

NP-ĂÊẻƠ

50

NP-ĂÊẻÔ
NP-ĂÊẻƠ

ÊPZÊẻấ

Huyện Thanh Thủy



QÊ
-ẩ

44
000

47
000

206

ổPZÊẻấ

50

44
500

ÊPZÊẻấ


77

46
500

202

121

ổPZÊẻấ

40

NP-ĂÊẻÔ

45
000

ÔPZÊẻấ
48
000

ổPZÊẻấ



47
000

Cuội tảng, cuội, sỏi, cát, bột, sét

500

100

47
500

QÊ
-ẩ Hệ tầng Hà Nội

23 48

NP-ĂÊẻÊ

NP-ĂÊẻÔ
48
000

46
000

60

Phức hệ
Tân Ph-ơng



25

Proterozoi muộn - Cambri sớm



Hệ tầng Thạch Khoán

NP-ĂÊẻÊ

48
500

23

Py

Mỏ pyrit


1.2.3. Đặc điểm quặng hóa
Mỏ đã được Đồn Địa chất 29 thăm dò năm 1961 và xác định được 35 thân

quặng tạo thành một dải quặng hóa pyrit. Dải quặng hóa phân bố trên chiều dài gần
1500 m, rộng 150 m, chiều dày trên dưới 100 m, bao gồm những mạch quặng gần
song song theo phương TB - ĐN, cắm khá dốc về phía tây nam (góc dốc 45 - 500).
Quặng hóa gặp chủ yếu trong tập đá hoa phía trên, cịn tập quarzit và tập đá
hoa phía dưới biểu hiện khống hóa yếu ớt.
Các thân quặng có hình dạng phức tạp, dạng mạch, chùm mạch, thấu kính, ổ
nằm gần song song với nhau và trùng với phương của đá vây quanh. Càng xuống
sâu, thân quặng càng nhỏ dần, hàm lượng lưu huỳnh thấp.
Quặng pyrit gặp dưới hai dạng đặc xít và xâm tán. Các thân quặng đặc xít có
bề dày tương đối ổn định hơn và dao động trong khoảng 1,5 đến 3 hoặc 5m, có chỗ
tới 14m. Các ổ quặng (nơi phình to) thường gặp ở những nơi tiếp giáp giữa đá
carbonat và đá phiến (đá carbonat vách trụ, đá phiến mái che). Ở phần cạnh mạch
phía trên và dưới thân quặng đăc xít phát triển đới quặng xâm tán với độ dày 0,5 0,7m, có nơi hàng mét. Đới quặng xâm tán phát triển mạnh ở những phần thân
quặng vát nhọn và thu hẹp lại, ngược lại ở những nơi thân quặng phình to thì đới
này phát triển hạn chế.
Trên mặt thân quặng bị phong hóa sâu tới 10 – 15m tạo thành lớp mũ sắt khá
điển hình ở phần trên bề mặt.
1.2.4. Lịch sử hoạt động khai thác và chế biến pyrit ở mỏ Giáp Lai
Mỏ pyrit Giáp Lai được công ty Pyrit Giáp Lai khai thác trong giai đoạn
1975 - 1999, sau đó mỏ đã đóng cửa. Cơng ty Pyrit Giáp Lai nay đã đổi tên thành
cơng ty Khai thác chế biến khống sản Phú Thọ và đang khai thác một số mỏ
kaolin, feldspat và một số nguyên liệu khoáng khác ở khu vực Giáp Lai.
Các hoạt động khai thác đã diễn ra trên 3 thân quặng với tổng chiều dài
khoảng 2km, hàm lượng pyrit trung bình 26 - 34%. Trong thời gian đầu, sản lượng
quặng pyrit hàng năm vào khoảng 10 - 50 nghìn tấn. Vào những năm 1980 hoạt
động khai thác được mở rộng, sản lượng khai thác đạt mức cao nhất (200 nghìn

7

tấn), sau đó sản lượng giảm dần xuống dưới 30 nghìn tấn/năm vào cuối những năm
1990.
Pyrit ở mỏ Giáp Lai được khai thác lộ thiên với 3 moong khai thác. Moong
số 1 rộng 13 ha hoạt động trong thời gian từ 1975 đến 1995; moong số 2 rộng 15 ha
hoạt động từ năm 1992 đến 1996 và moong số 3 hẹp hơn có diện tích 2 ha hoạt
động từ năm 1996 đến 1999. Các hoạt động khai thác pyrit đã chính thức ngừng
hoạt động năm 1999 và cả 3 moong khai thác hiện đã bị ngập nước thành 3 hồ
(trong nghiên cứu này sẽ gọi là hồ 1, hồ 2 và hồ 3) (Hình 12). Hồ 1 và hồ 3 có dịng
chảy thốt ra, trong khi đó hồ 2 là hồ kín (tù).
Trong suốt thời gian hoạt động đã có tổng cộng hơn 5 triệu m3 đất đá thải
được bóc từ các moong khai thác. Khoảng 1 triệu m3 đất đá thải này được đưa vào 2
bãi thải ở phía đông bắc moong khai thác (trong nghiên cứu này gọi là bãi đất đá
thải) và một phần đáng kể đất đá thải được dùng để san lấp chính các moong khai
thác. Hai bãi thải hiện đã được trồng bạch đàn.
Trong suốt q trình hoạt động của mỏ, ước tính đã sản xuất được khoảng
1,2 triệu tấn quặng pyrit. Quặng được tuyển tại 2 xưởng tuyển, quặng đuôi được
chứa trong 2 hồ thải nằm ở phía tây bắc mỏ. Hồ thải thứ nhất (bãi thải 1) hoạt động
cho đến cuối những năm 1980 và chứa khoảng 200.000 tấn quặng đuôi. Hồ thứ hai
(bãi thải 2) hoạt động từ cuối những năm 1980 đến khi đóng cửa mỏ và chứa
khoảng 880.000 tấn quặng đuôi.
Hiện nay một trong 3 hồ (moong khai thác cũ) đang được công ty CP Thanh
Nhàn khai thác làm khu du lịch sinh thái.

8


CHƢƠNG 2
CỞ SỞ LÝ THUYẾT VÀ HỆ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Cơ sở lý thuyết
2.1.1. Qúa trình oxy hóa sulfid

Trong các mỏ khoáng kim loại những khoáng vật sulfid thường gặp điển
hình trong quặng và đá là pyrit (FeS2), chancopyrit (CuFeS2), arsenopyrit
(Fe[AsS]), galenit (PbS), sphalerit (ZnS) v.v... Các khoáng vật này khi tiếp xúc với
khơng khí và nước sẽ bị oxy hóa. Q trình này càng trở nên dễ dàng và nhanh hơn
khi các khoáng vật sulfid được đưa lên bề mặt thông qua các hoạt động khai thác và
chế biến khống sản.
Q trình oxy hóa sulfid và sự hình thành nước axit được nhiều tác giả
nghiên cứu như (Nordstrom D.K., Alpers C.N, 1999 và Stumm.W.; Morgan J.J.,
1996) [10; 11]. Q trình oxy hóa sulfid tạo nên axit có thể minh họa qua ví dụ phản
ứng oxy hóa của pyrit - một khống vật sulfid điển hình và phổ biến nhất.
Q trình oxy hóa pyrit là một chuỗi phản ứng phức tạp (Nordstrom D.K.,
Alpers C.N., 1999) [10]. Chuỗi các phản ứng của q trình oxy hóa pyrit thường
được mơ tả như sau:
2 FeS2 + 7 O2 + 2 H2O → 2 Fe2+ + 4 SO42- + 4 H+

(phản ứng 1)

4 Fe 2+ + O2 + 4 H+ → 4 Fe3+ + 2 H2O

(phản ứng 2)

Fe2+ + 1/4O2 + 2.1/2H2O = Fe(OH)3+ 2H+
FeS2 + 14 Fe3+ + 8 H2O → 15 Fe2+ +2 SO42- + 16 H+

(phản ứng 3)
(phản ứng 4)

Trong các phản ứng có thể thấy, trong trường hợp chất oxy hóa là Fe3+ (phản
ứng 4), phản ứng này nhanh hơn so với phản ứng với oxy (phản ứng 1) khoảng 2 - 3
bậc, tuy nhiên phản ứng 4 phụ thuộc vào lượng Fe3+ được hòa tan. Điều này phụ

thuộc vào độ pH, pH càng thấp (pH < 4,5) thì độ hịa tan của Fe3+càng lớn. Như
vậy, oxy hóa pyrit nhìn chung bắt đầu theo phương trình phản ứng 1 ở điều kiện gần
trung hòa hoặc pH cao. Khi điều kiện trở nên axit hơn (khoảng pH = 4,5 hoặc thấp
hơn) q trình oxy hóa đi theo phản ứng 4.
Q trình oxy hóa pyrit theo chuỗi phản ứng trên có ý nghĩa quan trọng đối
với môi trường. Pyrit bị oxy hóa theo phản ứng 1, dung dịch có pH > 4,5 đến kiềm

9


khi đó Fe2+ được hình thành có thể được kết tủa và tách ra khỏi dung dịch nhờ quá
trình oxy hóa và thủy phân tiếp theo để tạo thành hydroxyt Fe(III) kém hòa tan
(phản ứng 3).
Các phản ứng 1 và 3 kết hợp lại cho ta phương trình tổng quát khi điều kiện
mơi trường phản ứng có pH >4,5 (pH < 4,5 Fe3+ bị hịa tan, q trình oxy hóa xảy ra
theo phản ứng 4)
FeS2 + 15/4O2 + 7/2H2O = Fe(OH)3 + 2SO42- + 4H+

(phản ứng 5)

Từ phương trình này có thể thấy oxy hóa pyrit theo phản ứng 5 tạo thành
lượng axit gấp đôi so với phản ứng 1.
Như vậy, một trong những sản phẩm quan trọng của quá trình oxy hóa
khống vật sulfid là axit sulfuric, một axit mạnh có khả năng hịa tan các kim loại
nặng có thể gây ô nhiễm khi xâm nhập vào môi trường.
2.1.2. Vấn đề dòng thải axit mỏ
2.1.2.1. Dòng thải axit mỏ
Một trong những sản phẩm của q trình oxy hóa các khoáng vật sulfid là
sinh ra axit. Tuy nhiên, tùy theo thành phần vật chất của quặng và đá vây quanh,
axit sulfuric được tạo thành có thể bị trung hịa hồn tồn hoặc một phần hoặc

khơng bị trung hịa. Như vậy, môi trường nước ở khu vực khai thác và chế biến
quặng có thể có tính chất từ trung tính đến axit (có pH thấp). Đây chính là một trong
những ngun nhân của việc xuất hiện các kim loại nặng hòa tan trong các dịng
thải mỏ nói riêng và mơi trường nước nói chung ở các khu vực này.
Dịng thải axit mỏ (axit mine drainage - AMD) được hình thành do q
trình oxy hóa các khống vật sulfid trong điều kiện khơng có (hoặc khơng đủ) các
vật chất có khả năng trung hịa axit. Ngược lại, các dịng thải trung tính xuất hiện
trong trường hợp thành phần vật chất của quặng và đá vây quanh có đủ khả năng
trung hịa AMD. Dịng thải trung tính thường được phân biệt thành hai kiểu: Dịng
thải trung tính mỏ (neutral mine drainage - NMD) và dòng thải chứa muối (saline
drainage - SD). Dòng thải trung tính mỏ NMD đặc trưng bởi pH trung tính và hàm
lượng kim loại hòa tan từ thấp đến trung bình. Dịng thải chứa muối SD cũng có pH
ở mức trung tính, hàm lượng kim loại khơng đáng kể.

10


Hình 3. Các kiểu dịng thải mỏ được hình thành do oxy hóa sulfid.
Do đó, khả năng vật chất chứa các khoáng vật sulfid tạo thành axit phụ thuộc
rất nhiều vào sự có mặt của các khống vật có tính kiềm, thường là calcit (CaCO 3),
dolomit (CaMg(CO3)2. Trong đó calcit là khống vật có phản ứng nhanh nhất, q
trình hịa tan calcit giữ cho pH trong nước ở các bãi thải gần với trạng thái trung
tính. Phụ thuộc vào khả năng trung hịa axit của các vật chất có tính kiềm, nên đá
chứa tới 5% khống vật sulfid có thể khơng tạo thành axit khi có mặt nhiều calcit.
Ngược lại, các đá chứa vài phần trăm khoáng vật sulfid cũng có thể có khả năng tạo
thành một lượng axit đáng kể khi vắng mặt các vật chất có khả năng trung hòa axit.
2.1.2.2. Các nguồn tạo dòng thải axit mỏ (AMD)
Trong hoạt động khai thác và chế biến khoáng sản kim loại, q trình oxy
hóa các khống vật sulfid có thể xảy ra trong đá gốc (như vách mỏ lộ thiên hoặc các
hầm mỏ) lộ ra tiếp xúc với không khí và nước, bãi đất đá thải, bãi thải quặng đi

có mặt các khống vật sulfid là nguồn tiềm tàng sinh AMD.
Mơ hình phát sinh dịng thải mỏ axit từ các nguồn trên được mô phỏng dưới
đây:
+ Các bãi đá thải

11


AMD

AMD

Hình 4. Mơ hình biểu diễn sự thành tạo dịng thải axit
và sự di chuyển chất ô nhiễm từ một bãi thải [4]
+ Các bãi thải quặng đi

AMD

Hình 5. Hồ thải quặng đi và sự hình thành dịng thải axit [4]
+ Moong khai thác hay mỏ lộ thiên

Hình 6. Moong khai thác lộ thiên và sự hình thành dịng thải axit mỏ [4]
+ Hầm mỏ

12


Hình 7. Khai thác hầm lị và sự hình thành dòng thải axit mỏ [4]
2.2. Hệ phƣơng pháp nghiên cứu
Để phục vụ cho mục đích nghiên cứu của luận văn đó là xác định được các

đặc điểm oxy hóa của quặng pyrit ở khu vực mỏ pyrit Giáp Lai và các vấn đề về
mơi trường liên quan đến q trình oxy hóa pyrit này. Học viên đã sử dụng các
phương pháp nghiên cứu cụ thể sau đây:
2.2.1. Phƣơng pháp khảo sát, đo và lấy mẫu ngoài thực địa
Học viên đã tiến hành khảo sát xung quanh các khu vực moong khai thác
pyrit cũ hiện nay là 3 hồ nước, các bãi thải quặng trước kia và các nguồn nước trong
khu vực. Các chỉ tiêu môi trường như pH, Eh và nhiệt độ được đo bằng máy đo cầm
tay HI 8424 có độ chính xác pH = ± 0,01, Eh = ± 0,1 mV, T = ± 0,10C; độ dẫn điện
được đo bằng máy đo HI 8733 có độ chính xác ± 0,1 μS/cm. Tất cả các máy đo này
đều của hãng HANA (Italia). Các mẫu nước được lấy vào các chai nựa PE dung tích
0,5l và được nhỏ dung dịch axit HNO3 để chống kết tủa.
2.2.2. Phƣơng pháp phân tích khống tƣớng
Do pyrit là khống vật quặng khơng thấu quang nên khơng thể nghiên cứu
dưới ánh sáng phân cực, vì vậy mà phương pháp khoáng tướng được lựa chọn.
Phương pháp khoáng tướng là phương pháp nghiên cứu khoáng vật quặng
bằng kính hiển vi sử dụng ánh sáng phản xạ. Dựa trên các đặc tính quang học của
từng khống vật sẽ cho phép xác định được các khoáng vật của quặng, đặc điểm

13


kiến trúc và cấu tạo quặng, mức độ biến đổi của quặng và mối quan hệ giữa các
khoáng vật tạo quặng.
2.2.3. Phƣơng pháp nhiễu xạ tia X (XRD)
Phương pháp XRD là phương pháp xác định các pha khoáng vật, cấu trúc và
kích thước mạng tinh thể khống vât. Phương pháp này đặc biệt hữu ích trong
nghiên cứu các thành tạo có thành phần khống vật dạng vi tinh như sét, cát, khống
vật thứ sinh của quặng… Do đó, nhằm mục đích xác định các thành phần khống
vật biến đổi thứ sinh của quặng pyrit trong các vật liệu bãi thải, học viên đã lựa
chọn phương pháp phân tích này.

Nguyên lý của phương pháp là phân tích các phổ nhiễu xạ do ảnh hưởng của
các tinh thể khoáng vật khác nhau. Nguyên lý này theo đúng định luật Bragg:
2dsinθ = nλ
Kết quả thu được các giản đồ nhiễu xạ trên màn hình với các pick có cường
độ khác nhau, mỗi pic đặc trưng cho các pha tinh thể khác nhau. Dựa vào các pic
này để xác định các khống vật có trong mẫu.
Kết quả phân tích XRD được thực hiện tại Trung tâm phân tích Địa chất
bằng máy D8- Advance.
2.2.4. Phƣơng pháp phổ khối plasma (ICP-MS)
Phương pháp phổ khối plasma (Inductively couple plasma mass spectrometry
– ICP –MS) dựa trên các nguyên tắc của sự bay hơi, phân tách, ion hóa của các
ngun tố hóa học khi chúng được đưa vào mơi trường plasma có nhiệt độ cao. Sau
đó các ion này được phân tách ra khỏi nhau theo tỷ số khối lượng / điện tích (m/z)
của chúng bằng thiết bị phân tích khối lượng có từ tính và độ phân giải cao phát
hiện, khuyếch đại tín hiệu và đếm bằng thiết bị điện tử kĩ thuật số.
Phương pháp phân tích có độ nhạy cao và độ chính xác cao giới hạn phát
hiện từ hàm lượng cỡ ppb đến ppt đối với tất cả các nguyên tố. Phương pháp ICPMS được ứng dụng tốt xác định các nguyên tố vết, đặc biệt là nhóm REE, nhóm Pt,
Au và các nguyên tố Hf, Ta, Nb, Mo, W, Zr.
Hàm lượng kim loại nặng trong các mẫu được phân tích chủ yếu bằng ICPMS tại Viện Địa chất, Viện Hàn Lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam.

14


2.2.5. Phƣơng pháp Nano SEM
Để phân tích thành phần và chụp ảnh bề mặt của hạt khoáng vật pyrit bị biến
đổi, học viên đã lựa chọn phương pháp phân tích Nano SEM.
Mẫu được phân tích bằng thiết bị Nova Nano SEM 450 tại bộ môn Vật lý
chất rắn, Khoa Vật lý, Trường Đại học Khoa học và Tự nhiên.
Ưu điểm của phương pháp này là độ phân giải cực cao và phân tích trong
phạm vi rộng nhất của mẫu, hết sức dễ dàng. Độ tương phản siêu cao và thông tin

thành phần đạt được với tín hiệu tán xạ điện tử (BSE) cho thành phần bề mặt ở ngay
điện thế thấp. Ngồi ra Nova Nano SEM 450, thấu kính dạng nhúng chìm
“immersion” kết hợp với các cơng nghệ chân khơng thấp, phân giải siêu cao, chân
không môi trường, loại bỏ tích điện bề mặt với mẫu khơng dẫn điện. Hình ảnh sạch
và tương phản cao ngay tại chân không thấp với cả những mẫu mà bề mặt vẫn còn
nhiễm bẩn.
2.2.6. Phƣơng pháp pH paste
Để kiểm tra khả năng sinh dòng thải axit của các vật liệu bãi thải ngoài hiện
trường tại bãi thải quặng đuôi số 1, học viên đã tiến hành thí nghiệm theo phương
pháp pH - paste (Sobek, at., 1978) [12].
Nguyên tắc của phương pháp này rất đơn giản. Cho một lượng nước cất thích
hợp và trộn đều với một lượng mẫu đã được nghiền nhỏ (thường là 20 ml nước/20g
mẫu) và khuấy đều trong vòng 5 - 10 giây và chờ khoảng 10 phút sau đó đo pH của
hỗn hợp thu được bằng máy đo pH thông thường qua đó xác định khả năng sinh axit
của mẫu.
2.2.7. Phƣơng pháp thực nghiệm trong phịng
Các thí nghiệm được thực hiện trên vật liệu lấy từ bãi thải số 2 của mỏ pyrit
Giáp Lai. Vật liệu sau khi lấy về được phơi khô tự nhiên và được tiến hành thực
hiện thí nghiệm theo hai loạt:
1. Thí nghiệm xác định khả năng tạo axit
2. Thí nghiệm tách chiết kim loại nặng bằng axit

Hàm lượng một số kim loại nặng trong thí nghiệm được xác định bằng máy
DR2800

15


2.2.7. Các phƣơng pháp xử lý số liệu bằng excel và mapinfo
Các số liệu kết quả nghiên cứu thu được, được xử lý trên máy tính bằng các

phần mềm xử lý như: mapinfo dùng để số hóa các bản đồ địa chất, thể hiện sơ đồ vị
trí lấy mẫu và hiện trạng ô nhiễm kim loại nặng trong môi trường; exel để thống kê
các số liệu kết quả phân tích và phần mềm grapher để xây dựng các biểu đồ.

16


CHƢƠNG 3
ĐẶC ĐIỂM OXY HĨA QUẶNG PYRIT
VÀ VẤN ĐỀ Ơ NHIỄM KIM LOẠI NẶNG
3.1. Đặc điểm thành phần quặng
3.1.1. Đặc điểm thành phần khoáng vật
Thành phần khoáng vật quặng nguyên sinh của mỏ pyrit Giáp Lai chủ yếu là
pyrit, thứ yếu có pyrotin và một lượng rất ít các khống vật sulfid khác như
chalcopyrit, galenit, sphalerit.
- Pyrit (FeS2): kết tinh dạng hạt bán tự hình, cũng có chỗ hạt kết tinh khá tự
hình, kích thước 1,5 ÷ 2 mm đơi chỗ kích thước lớn 2 - 2,5mm. Rìa hạt pyrit đôi khi
được bao bởi pyrotin. Đa phần hạt bị rạn nứt, có chỗ bị cà nát thành mảnh rời rạc
(Ảnh 1, 2). Hầu hết các khe nứt vỡ của pyrit được lấp đầy bởi các oxyhydroxit sắt
- Pyrotin (Fe1-xS) gặp dưới dạng nền đặc xít gồm các hạt méo mó khơng đều
nhau, kích thước hạt 1,5 ÷ 2 mm. Dưới ánh sáng phản quang pyrotin phản chiếu
màu hồng phớt vàng, năng suất phản quang cao, dị hướng dao động từ trung bình
đến mạnh. Pyrotin kết tinh sau pyrit, bao ơm các hạt pyrit hoặc che lấp các khe hở
của những đám hạt pyrit tương đối tự hình hơn. Có chỗ thấy pyrit kết tinh chuyển
hóa sang pyrotin, pyrotin cũng bị các vi mạch chalcopyrit, sphalerit xuyên vào. Đôi
chỗ quan sát thấy rìa hạt pyrotin đang bị biến đổi mannhiconit hóa.
- Chalcopyrit (CuFeS2): dưới ánh sáng phản xạ thấy có màu vàng. Khả năng
phản xạ gần bằng galenit, tồn tại dưới dạng tập hợp hạt tha hình, kích thước hạt nhỏ
0,1 – 0,3mm. Dưới kính hiển vi có thể đi cùng với pyrotin dưới dạng các hạt nhỏ
bao quanh pyrotin.

- Galenit (PbS): Galenit là khoáng vật thứ yếu, xuất hiện rất ít có dạng tấm,
hạt tha hình. Kích thước từ 0.5- 1mm. Bề mặt tinh thể thường để lại các vết vỡ hình
tam giác rất điển hình.

17


Ảnh 1. Tinh thể pyrit bị dập vỡ kết tinh khá tự hình

Ảnh 2. Hạt pyrit với bề mặt bị dập vỡ

18