Về khai thác, chế biến và sử dụng hợp lý sa khoáng cromit Cổ Định, Thanh Hóa

 

TS. Nguyễn Đức Quý

Hội Tuyển khoáng Việt Nam

Sa khoáng cromit Cổ Định, Thanh Hóa được người Pháp phát hiện năm 1927 và năm 1930 bắt đầu đưa vào khai thác. Quá trình khai thác, chế biến và sử dụng quặng cromit trải qua nhiều thời kỳ, có liên quan chặt chẽ đến sự biến đổi về chính trị và kinh tế của đất nước.

Theo tài liệu địa chất cromit là một trong những tài nguyên khoáng sản (TNKS) có ưu thế về trữ lượng của Việt Nam, nhưng cũng có những đặc điểm cần phải lưu ý khi tiến hành khai thác, chế biến và sử dụng.

Tuy sản lượng khai thác quặng tinh cromit đã có thời kỳ đạt tới 80.000 – 100.000 tấn/năm chủ yếu là thu gom, nhưng cũng đã xuất hiện nhiều vấn đề tồn tại cần phải tiếp tục nghiên cứu, giải quyết. Dưới đây là một số ý kiến về phát triển hợp lý và bền vững vùng mỏ sa khoáng cromit Cổ Định.

1. Về khai thác và sử dụng tổng hợp tài nguyên

Nói đến mỏ Cromit Cổ Định thường chỉ chú ý đến khoáng sản cromit. Vì vậy tất cả các quy hoạch, dự án từ trước đến nay chỉ tính đến khai thác và chế biến quặng cromit và chưa chú ý đúng mức đến các khoáng sản đi kèm.

1.1. Chế biến và thu hồi nguyên tố đi kèm niken-coban

Theo kết quả điều tra thăm dò địa chất tại tỉnh Thanh Hóa đã phát hiện 02 điểm quặng gốc cromit Núi Nưa (huyện Nông Cống), làng Mun (huyện Ngọc Lạc) và sa khoáng cromit Cổ Định. Trong sa khoáng Cổ Định ngoài khoáng vật cromit còn có trữ lượng đáng kể 02 nguyên tố đi kèm niken và coban (Bảng 1).

Bảng 1: Trữ lượng Cromit – Niken – Coban trong sa khoáng Cổ Định

Nguồn: Quy hoạch cromit và mangan – 2007

Ghi chú*: Gồm các thung lũng Cổ Định, Hòa Yên, Mỹ Cái và Tinh Mễ.

Nếu so sánh với trữ lượng niken-coban trong mỏ đồng niken Bản Phúc (119.402 tấn Ni và 3.437 tấn Co) thì trữ lượng Ni-Co trong sa khoáng Cổ Định lớn hơn gấp nhiều lần, nhưng cho đến nay việc nghiên cứu khả năng chế biến và thu hồi các nguyên tố này cũng chưa được chú ý tiến hành nghiên cứu khai thác và chế biến một cách đúng mức.

1.2. Thu hồi, chế biến và sử dụng Bentonit

Việc khai thác, chế biến và sử dụng bentonit trong các bãi thải cũ của mỏ cromit Cổ Định trong thời gian vừa qua chỉ là tự phát với hệ thống công nghệ và thiết bị lạc hậu, chắp vá.

Trong sa khoáng cromit Cổ Định, bentonit chủ yếu phân bố ở cấp hạt -0,074 mm với mức thu hoạch có thể đạt tới 40-50% trong các tầng chứa quặng cromit chủ yếu. Vì vậy trong sơ đồ công nghệ tuyển cần thu hồi bentonit thành một sản phẩm chính của quá trình sản xuất sau này.

1.3. Nhận xét

Vì những lý do đã nêu trên nên cần phải tiến hành khai thác, chế biến và sử dụng tổng hợp tài nguyên sa khoáng cromit Cổ Định để hình thành công nghệ ít phế thải. Ngoài cromit có thể thu hồi thêm các sản phẩm chứa Ni-Co, sản phẩm bentonit.

Việc thu hồi thêm được các sản phẩm góp phần:

- Làm tăng giá trị kinh tế của khoáng sàng.

- Tăng hiệu quả kinh tế của quá trình khai thác, chế biến và giảm giá thành các sản phẩm.

- Giảm khối lượng thải và chi phí đầu tư các công trình thải. Đồng thời cũng giảm tải trọng môi trường cho khu vực.

2. Phương án sản phẩm và thị trường tiêu thụ

2.1. Đối với Cromit

Do tính đa dụng của khoáng sản nên cromit cũng có nhiều sản phẩm với tính năng sử dụng khác nhau.

Trong thời kỳ Pháp thuộc quặng tinh cromit khai thác được thực dân Pháp chuyên về mẫu quốc. Sau khi khôi phục năm 1956, quặng tinh cromit khai thác được chủ yếu để xuất khẩu cho Trung Quốc dưới nhiều hình thức xuất khẩu chính ngạch, tiểu ngạch và cả xuất khẩu lậu.

Tại xí nghiệp sản xuất ferocrom Ninh Bình và Công ty Gang–Thép Thái Nguyên hàng năm cung cấp khoảng 5.000 tấn/năm ferocrom cacbon cao cho nhu cầu trong nước và xuất khẩu.

Thời gian gần đây do chủ trương hạn chế xuất khẩu quặng tinh tuyển thô đang tiến hành lập hàng lọat dự án sản xuất ferocrom để xuất khẩu. Theo quy hoạch năm 2015 sẽ đạt 50.000 tấn/năm và năm 2025 tới 200.000 tấn/năm ferocrom.

Bicromat là sản phẩm thương mại thông dụng trên thị trường thế giới. Mặc dù đã hai lần tổ chức sản xuất thử bicromat nhưng cho đến nay vẫn chưa tiến hành sản xuất được sản phẩm thương mại. Bicromat và nhiều hóa phẩm chứa crom khác, cần thiết cho ngành công nghiệp trong nước vẫn đang phải nhập khẩu.

Một số sản phẩm có giá trị và có thị trường trong nước, ngoài nước như thép không gỉ, các hợp kim chứa crôm, cát đúc cromit, đá mài và giấy ráp từ cromit, gạch chịu lửa cromannhezi... cho đến nay cũng chưa được sản xuất.

2.2. Đối với Bentonit

Bentonit là loại sét cấu thành bởi các khoáng vật thuộc nhóm sét hấp phụ, trong đó monmorilonit là chủ yếu. Ở Việt Nam các tụ khoáng bentonit chủ yếu phân bố ở Nam Trung Bộ và Nam Bộ; còn ở miền Bắc cho đến nay chỉ mới khai thác được bentonit là bùn thải của quá trình tuyển sa khoáng cromit Cổ Định.

Do đặc tính kỹ thuật bentonit được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp, nông nghiệp, bảo vệ môi trường và dược phẩm ... Tuy chưa thống kê được nhưng sản lượng có thể tới hàng chục nghìn tấn/năm sản phẩm bentonit; trong đó có một phần để xuất khẩu.

2.3. Nhận xét

- Các sản phẩm cromit và bentonit còn nghèo nàn về chủng loại, chất lượng thấp và không ổn định nên giá trị gia tăng không lớn.

- Thị trường tiêu thụ quặng tinh cromit và ferocrom chủ yếu là Trung Quốc nên dễ bị khống chế và có nhiều bất lợi.

- Trong kế hoạch cũng như trong quy hoạch phát triển chỉ chú ý đến tăng sản lượng cromit càng nhiều càng tốt để xuất khẩu. Khi có chủ trương hạn chế xuất khẩu quặng tinh tuyển thô thì chuyển sang xuất khẩu ferocrom. Nhưng việc nghiên cứu lựa chọn phương án xuất khẩu hợp lý về chủng loại, khối lượng, thời gian và thị trường chưa được tiến hành nghiên cứu đúng mức và chưa thoát khỏi "tư duy phát triển dựa vào khai thác TNKS" hướng đến phát triển bền vững (PTBV).

- Thị trường trong nước về các chế phẩm crom và bentonit phong phú và đa dạng nhưng hiện nay vẫn đang phải nhập khẩu.

- Chưa đầu tư đúng mức cho nghiên cứu phương án hợp lý, phù hợp với đặc điểm tài nguyên về sản phẩm và thị trường cho sản phẩm chứa Ni-Co.

3. Công nghệ khai thác

3.1. Thành tạo mỏ cromit Cổ Định

Sa khoáng cromit Cổ Định được thành tạo trong các trầm tích bở dời Đệ Tứ (Q_IV ³) và có liên quan đến quá trình phong hóa khối siêu mafic Núi Nưa chứa crom, niken, coban và có thể có cả platin.

Các thân quặng lắng đọng thành các lớp trong các thung lũng Hòa Yên, Mỹ Cái, Tinh Mễ, An Thượng, Bãi Áng và Mậu Lâm trên diện tích khoảng 60 km². Chiều dày thân quặng dao động rất lớn tùy theo địa hình thung lũng, từ 1-65 m.

Mặt cắt tầng chứa quặng của mỏ cromit Cổ Định từ trên xuống dưới gồm 08 lớp nhưng quặng cromit chủ yếu chỉ có ở các lớp 1, lớp 4 và lớp 7 kể từ trên xuống.

3.2. Phương pháp khai thác

Trong quá trình sản xuất mỏ cromit Cổ Định, Thanh Hóa đã sử dụng nhiều công nghệ khai thác khác nhau:

- Phương pháp khai thác và vận chuyển bằng sức nước với hố bơm di động.

- Phương pháp khai thác cơ giới với máy cạp gạt và vận chuyển bằng sức nước.

- Phương pháp kết hợp khai thác cơ giới và sức nước.

- Phương pháp khai thác bằng tàu cuốc kết hợp với tuyển thô.

Tại các đội hoặc tổ hợp khai thác của nhân dân địa phương thường đào và vận chuyển bằng phương tiện thô sơ và tuyển thô trên máng đãi hình thoi.

3.3. Nhận xét

- Vì tính phức tạp về thành phần quặng, cấu tạo và diện phân bố của mỏ... cho đến nay chúng ta chưa lựa chọn được kế hoạch, trình tự, công nghệ và thiết bị khai thác thích hợp cho từng khu vực và toàn vùng mỏ sa khoáng cromit Cổ Định, Thanh Hóa.

- Trong thời gian qua mới chỉ khai thác được quặng cromit ở các lớp trên. Những hố khai thác cũ đã biến thành những hồ chứa bùn cát thải của quá trình đào đãi thủ công trên 20 năm qua. Việc khai thác nốt các lớp quặng dưới để tận thu tài nguyên và sử dụng làm bãi thải trong gặp nhiều vấn đề khó khăn.

- Trong sa khoáng cromit có các khối không chứa quặng như lớp 2, lớp 3 và đặc biệt là lớp 5 (lớp cát trắng). Cần nghiên cứu khả năng khai thác chọn lọc từng phần nhằm bóc tách các lớp, các khối không chứa quặng để giảm tải cho quá trình vận chuyển và tuyển rửa.

4. Công nghệ tuyển

4.1. Thành phần vật chất quặng cromit Cổ Định

Vì sa khoáng cromit Cổ Định có nguồn gốc phong hóa nên thành phần hóa học, khoáng vật và  độ hạt trong các thung lũng rất khác nhau

4.1.1. Thành phần hóa học

Thành phần hóa học của quặng nguyên được nêu trong Bảng 2.

Theo báo cáo địa chất hàm lượng địa chất nguyên thủy giao động từ 3,62-4,80%, trung bình 4,12% Cr₂O₃. Các nguyên tố đi kèm Ni và Co có hàm lượng thấp, tồn tại dưới dạng xâm nhiễm trong các khoáng vật nhóm sắt và sắt mangan hoặc hấp thụ trong secpentin.

Bảng 2: Thành phần hóa học quặng nguyên Cromit Cổ Định

 4.1.2. Về thành phần cấp hạt

Theo kết quả khảo sát đánh giá chất lượng quặng nguyên do Tổng Cty Khoáng sản Việt Nam thực hiện năm 2005 thành phần cấp hạt mỏ cromit Cổ Định được nêu trong Bảng 3.

Bảng 3: Thành phần cấp hạt mỏ cromit Cổ Định

     Nguồn: Tổng Cty Khoáng sản Việt Nam.

Mức thu hoạch cấp hạt mịn (-0,074 mm) trong quặng nguyên khá lớn:

- Trong tầng trên mỏ Cổ Định :           ≈ 50%

- Trong tầng dưới mỏ Cổ Định:           ≈ 39%

- Trong khu vực III Mỹ Cái:                 ≈ 63%

Theo kết phân tích độ hạt của Viện nghiên cứu Mỏ Luyện kim với mẫu khu vực III Mỹ Cái: Mức thu hoạch cấp hạt bùn mịn (-0,04 mm) chiếm tới 60,5% và mức phân bố cromit trong đó tới 20,67%; Nếu tính cấp hạt -0,074 thì mức thu hoạch sẽ lên tới 63,5% và mức phân bố cromit tới 35%. Vì vậy việc tăng mức thực thu cromit trong cấp hạt mịn có vị trí đặc biệt quan trọng

4.1.3. Thành phần khoáng vật

Kết quả phân tích khoáng cho thấy:

- Cromit ở dạng crompicotit, tập trung chủ yếu ở cấp hạt -0,63+0,04 mm.

- Các khoáng vật sắt chủ yếu là limonit, ít hơn là hemait và manhetit tất ít. Chúng tập trung ở cấp hạt +0,63 mm trở lên. Có nhiều giả thiết trong các khoáng vật này, hàm lượng niken và coban cao hơn.

- Các khoáng vật còn lại như thạch anh, fenspat, caolinit, mica ... phân bố tương đối đều trong tổ hợp các khoáng vật ở tất cả các cấp hạt.

- Bentonit chủ yếu tập trung ở cấp hạt -0,1 mm.

4.1.4. Nhận xét chung

- Trong sa khoáng cromit Cổ Định ngoài cromit còn phải kể đến Ni, Co và bentonit là các khoáng sản có giá trị kinh tế, cần phải thu hồi khi khai thác, chế biến để nâng cao giá trị kinh tế của khoáng sản.

- Sa khoáng cromit thành tạo trong trầm tích Đệ Tứ, ngoài cuội sỏi còn chứa nhiều sét bentonit (chiếm tới 40-60% cấp hạt -0,074 mm) nên việc đánh tơi quặng nguyên và khử bùn trước khi tuyển lựa có vị trí đặc biệt quan trọng.

- Cromit ở dạng khoáng vật crompicotit có công thức (Fe.Mg)(CrAl)₂O₄ và tập trung ở cấp hạt (-0,63+0,04) mm.

4.2. Công nghệ và thiết bị tuyển quặng cromit

4.2.1. Công nghệ tuyển

Nhà máy tuyển quặng cromit Cổ Định đã được xây dựng mới và cải tạo nhiều lần nhưng với mục tiêu chính là chỉ để thu hồi cromit nên dù có khác nhau về một số công đoạn và loại thiết bị nhưng sơ đồ nguyên tắc công nghệ tuyển giống nhau và được thể hiện trên Hình 1.

Tại công trường khai thác bán cơ khí và thủ công, công tác tuyển thô được tiến hành trên máng đãi dài hoặc máng đãi hình thoi; quặng tinh cromit thu được có hàm lượng và mức thực thu thấp hơn vì cấp hạt quặng nhỏ dễ bị rửa trôi. Để nâng cao chất lượng quặng tinh một số công ty đã xây dựng xưởng tuyển tinh với các thiết bị tuyển từ và tuyển sức gió. Quặng tinh loại này thường có hàm lượng khá cao, có thể ≥ 50 % Cr₂O₃.

4.2.2. Chất lượng quặng tinh cromit

Kết quả phân tích cấp hạt quặng tinh cromit khi tuyển bằng phương pháp trọng lực được nêu trong Bảng 4 chủ yếu nằm trong cấp hạt +0,07-0,28 mm.

Bảng 4: Phân tích cấp hạt quặng tinh cromit

Cấp hạt, mm	-0,07	-0,07+0,28	-0,28+0,40	-0,40-0,70	+0,70
Thu hoạch,%	1,35-6,75	62,21-85,37	7,29-22,37	0,36-14,03	0,05-1,10

Nguồn: Lê Thạc Xinh – Phạm Tuấn Thịnh, 1988

Kết quả phân tích đơn khoáng được nêu trong Bảng 5 cho thấy khoáng vật crompicotit Cổ Định có hàm lượng Cr₂O₃ dao động từ  47,20-51,54 %. Nhưng modun Cr₂O₃/FeO chỉ từ 2,16-2,44 sẽ gây khó khăn cho quá trình luyện fero sau này vì một số nguyên tố Fe, Zn, Pb và Cu đã thay thế đồng hình trong mạng tinh thể của khoáng vật cromit.

Bảng 5: Kết quả phân tích đơn khoáng quặng tinh cromit

Thành phần	Cr2O3	Fe2O3	Al2O3	FeO	MgO	TiO2	Cr2O3/FeO
Hàm lượng,%	47,20 -51,54	0,80 -4,86	11,63 -12,41	18,55 -19,04	8,33 -14,36	0,28 -0,62	2,16 -2,44

Nguồn: Lê Thạc Xinh – Phạm Tuấn Thịnh, 1988

4.2.3. Nhận xét

- Cho đến nay sơ đồ tuyển chỉ thu hồi được quặng tinh cromit, chưa thu hồi được khoáng vật bentonit và nguyên tố Ni, Co đi kèm.

- Cần tiếp tục nghiên cứu, áp dụng các tiến bộ KHCN và thiết bị để:

* Tăng mức thu hồi cromit trong cấp hạt mịn.

* Thu hồi thêm sản phẩm bentonit có chất lượng cao và ổn định.

* Thu hồi sản phẩm giàu niken và coban để chế biến và sản xuất các sản phẩm tiếp theo.

- Lựa chọn mô hình công nghệ, thiết bị khai thác – tuyển thô di động, quy mô nhỏ để tận thu cromit ở các khu vực trữ lượng nhỏ phân tán ...

5. Chế biến sâu quặng cromit Cổ Định

Chế biến sâu khoáng sản là quá trình ứng dụng tiến bộ KHCN để chế biến khoáng sản, tạo giá trị gia tăng (khoáng tô chênh lệch II) nhằm tăng lợi nhuận và giá trị của TNKS đối với một mỏ khoáng sản cụ thể.

Trong trường hợp mỏ cromit Cổ Định để chế biến sâu cần lưu ý đến một số vấn đề sau đây:

1. Thu hồi các khoáng sản đi kèm cromit là bentonit, niken và coban để tăng giá trị kinh tế của khoáng sàng và sử dụng tổng hợp tài nguyên.

* Sản xuất các sản phẩm từ bentonit cung cấp cho thị trường trong nước và xuất khẩu.

* Nghiên cứu chế biến, thu hồi và sử dụng các nguyên tố đi kèm niken và coban.

2. Từ quặng tinh tuyển thô cromit ngoài sản xuất ferocrom còn phải xem xét đến khả năng chế biến và sản xuất các sản phẩm khác như thép không gỉ, bicromat, các hóa phẩm chứa crom, vật liệu chịu lửa ...

3. Cần đề phòng trường hợp nhập khẩu công nghệ, thiết bị cũ và lạc hậu đã và đang xẩy ra như sản xuất bicromat, khai thác bằng tàu cuốc và luyện xỉ titan...

6. Công tác bảo vệ môi trường

Trong quá trình khai thác và chế biến quặng sa khoáng Cổ Định, Thanh Hóa ngoài tác động đến các thành phần môi trường tự nhiên (đất, nước, không khí, sinh thái) của khu vực còn cần lưu ý đến một số tác động môi trường sau đây:

- Các ion và hợp chất của Cr, Ni và Co… có tính độc hại cao, tác động xấu đến môi trường sống và phát triển của các lợi thủy sản, cũng như ảnh hưởng đến sức khỏe của con người.

- Tác động đến môi trường kinh tế, văn hóa và xã hội:

* Trong vùng mỏ có dân cư đông đúc; số người có nguồn thu nhập từ hoạt động khai thác tài nguyên cromit tương đối đông.

* Từ khi hình thành khu mỏ đã nhiều lần xảy ra mâu thuẫn do gây ô nhiễm môi trường, tranh chấp tài nguyên hoặc giữa cộng đồng nhập cư và cư dân bản địa.

- Ngoài ra còn phải đề phòng sự cố môi trường do mưa lũ gây vỡ các đập bãi thải cũ hoặc các đê bao quanh vùng khai thác.

 

KẾT LUẬN CHUNG

- Cho đến nay các quy hoạch và dự án khai thác, chế biến sa khoáng Cổ Định, Thanh Hóa chỉ mới chú ý đến khoáng sản cromit mà chưa đề cập đến bentonit, niken và coban, là các khoáng vật và các nguyên tố đi kèm có giá trị kinh tế và sử dụng tương đối cao.

- Do những đặc điểm về thành tạo mỏ và thành phần vật chất quặng nguyên nên sơ đồ công nghệ, thiết bị khai thác và tuyển khoáng vẫn còn nhiều vấn đề tồn tại.

- Để phát triển bền vững khoáng sàng cromit Cổ Định việc hạn chế xuất khẩu nguyên liệu thô (quặng tinh, ferocromit mác thấp...) là cần thiết.

- Cần phải đầu tư đủ mức để nghiên cứu giải quyết một số vấn đề KHCN và kinh tế có liên quan đến đặc thù của tài nguyên sa khoáng Cổ Định:

* Công nghệ khai thác và tuyển hợp lý cho từng vùng mỏ.

* Phương án sản phẩm và thị trường trong nước, ngoài nước của cả cromit, niken, coban và bentonit.

* Nghiên cứu và áp dụng các công nghệ, thiết bị tiên tiến (kể cả nhập khẩu) để sản xuất các sản phẩm có chất lượng và giá trị gia tăng cao đã được lựa chọn.

- Ngoài việc tăng cường các mặt công tác quản lý nhà nước về khoáng sản cromit và bảo vệ môi trường khu vực còn phải tìm biện pháp để khắc phục và phòng ngừa những hậu quả của "lợi ích nhóm và tư duy nhiệm kỳ" đã và đang cản trở sự phát triển bền vững ngành cromit Việt Nam.

 

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Trần Văn Trị và nnk. Tài nguyên khoáng sản Việt Nam. Cục Địa chất và Khoáng sản Việt Nam. Hà Nội – 2005.

2. Lê Thạc Xinh và Phạm Tấn Thịnh. Chromite Deposits. Geology and mineral resources of Viet Nam. General Depaterment of Mines and Geology. Hà Nội – 1988.

3. Ủy ban nhân dân tỉnh Thanh Hóa. Quyết định số 1131/QĐ-UBND ký ngày 15/05/2006. Đề án "Quản lý khai thác, chế biến quặng cromit trên địa bàn tỉnh Thanh Hóa".

4. Bộ Công Thương. Quyết định số 33/2007/QĐ-BCN ký ngày 26/7/2007. Phê duyệt "Quy hoạch phân vùng, thăm dò, khai thác, sử dụng quặng cromit, mangan giai đoạn 2007-2015, định hướng đến năm 2025."

5. Văn phòng Chính phủ. Công văn số 4403/VPCP-KTN ký ngày 30/6/2011. Hợp tác thăm dò, khai thác, chế biến cromit tại tỉnh Thanh Hóa.

6. Văn phòng Chính phủ. Chỉ thị số 02/CT-TTg ngày 09/1/2002 v/v “Tăng cường công tác quản lý nhà nước đối với các họat động thăm dò, khai thác, chế biến, sử dụng và xuất khẩu khoáng sản”

7. Văn phòng Chính phủ. Quyết định số 432/QĐ-TTg ngày 12/4/2012 v/v “Phê duyệt Chiến lược phát triển bền vững Việt Nam giai đoạn 2011-2020”.

 

 Nguồn: vampro.vn

---