Nghiên cứu ảnh hưởng của một số ion đến khả năng thủy phân và tồn lưu của các ki

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ---------- NGÔ THỊ HÀ NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ ION ĐẾN KHẢ NĂNG THỦY PHÂN VÀ TỒN LƯU CỦA CÁC KIM LOẠI NẶNG CHÍNH CÓ TRONG QUẶNG ĐỒNG SINH QUYỀN LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội - 2015 1 MỞ ĐẦU Hiện nay, với sự phát triển như vũ bão của các ngành công nghiệp, nhu cầu sử dụng kim loại ngày càng tăng. Ngoài việc nhập một lượng kim loại với chi phí cao thì nước ta tận dụng triệt để trữ lượng tài nguyên khoáng sản tương đối lớn và đa dạng. Tuy nhiên, việc khai thác khoáng sản đã và đang để lại những hậu quả nghiêm trọng cho môi trường. Trong tự nhiên có khoảng hơn 70 kim loại nặng, đó là các kim loại có tỉ khối lớn hơn 5 gam/cm3.

Kim loại nặng có hầu hết trong các mỏ khoáng sản với hàm lượng khác nhau, tuỳ thuộc vào từng loại khoáng sản và từng vùng địa chất khác nhau. Trong các kim loại nặng, chỉ có một số nguyên tố là cần thiết cho cơ thể sống và con người ở một giới hạn cho phép nào đấy, chúng là các nguyên tố vi lượng như: Cu, Zn, Mn, Mo…. nhưng khi hàm lượng vượt quá giới hạn cho phép đó, chúng sẽ gây độc hại nghiêm trọng cho cơ thể. Tuy nhiên khả năng gây độc của các kim loại nặng hoàn toàn phụ thuộc vào trạng thái tồn tại của chúng.

Trong hoạt động khai thác khoáng sản, con người đã làm biến đổi trạng thái tồn tại của các kim loại nặng, chuyển chúng thành các dạng ion tự do đi vào môi trường đất, môi trường nước hoặc các hạt bụi có kích thước nhỏ bé trong không khí có thể xâm nhập vào cơ thể con người thông qua đường tiêu hóa và hô hấp, dẫn đến sự nhiễm độc. Đa số các kim loại nặng với đặc tính bền vững trong môi trường, có khả năng gây độc ở liều lượng thấp và tích luỹ lâu dài trong chuỗi thức ăn, vì vậy nó cũng được xem là một chất thải nguy hại. Mỏ đồng Sinh Quyền – Lào Cai có trữ lượng gần 100 triệu tấn quặng, là nguồn lợi cho rất nhiều nhà đầu tư trong việc khai thác. Do năng lực có hạn, trang thiết bị đang còn thô sơ, lạc hậu, các quy trình khai thác phần lớn theo thủ công, chưa đảm bảo các quy định về bảo vệ môi trường nên sau khi lấy được phần quặng giàu và các kim loại cần khai thác thì bỏ đi toàn bộ phần quặng nghèo và khoáng sản đi cùng.

Các kim loại nặng có trong quặng, dưới tác dụng của quá trình phong hóa tự nhiên sẽ bị phân hủy, thủy phân, hòa tan hoặc kết tủa để vận chuyển hoặc tồn 2 lưu, có ảnh hưởng to lớn đến môi trường sinh thái tại địa phương, ảnh hưởng đến sức khỏe của con người và động thực vật. Vì vậy, chúng tôi lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu ảnh hưởng của một số ion đến khả năng thủy phân và tồn lưu của các kim loại nặng chính có trong quặng đồng Sinh Quyền”. 3 Chương 1: TỔNG QUAN 1. Sơ lược về trữ lượng quặng đồng tại Việt Nam và mỏ đồng Sinh Quyền 1.

Trữ lượng và phân bố quặng đồng sunfua tại Việt Nam Đồng là nguyên liệu quan trọng của công nghiệp. Xét về khối lượng tiêu thụ, đồng xếp hàng thứ ba trong các kim loại, chỉ sau thép và nhôm. Do tính dẫn điện, dẫn nhiệt tốt, độ bền khá cao nên đồng và hợp kim đồng được sử dụng rộng rãi làm dây dẫn điện trong các thiết bị điện công nghiệp và dân dụng. Ngoài ra, đồng và hợp kim đồng còn được sử dụng nhiều trong chế tạo máy, xây dựng, sản xuất điện cực.

Các hợp chất đồng như đồng oxit, đồng sunfat, đồng oxyclorua.cũng được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như nông nghiệp, đóng tàu, bảo quản gỗ.Vì vậy, việc khai thác quặng đồng luôn được các nhà đầu tư quan tâm và chú trọng phát triển. Quặng đồng Việt Nam thuộc vào 4 loại có nguồn gốc hình thành khác nhau là: magma, thuỷ nhiệt, trầm tích, biến chất. Quặng đồng phân tán ở các tỉnh Cao Bằng, Lạng Sơn, Sơn La, Quảng Ninh, Hà Bắc, Quảng Nam-Đà Nẵng, Lâm Đồng… Các mỏ quặng đồng ở những tỉnh này thường có trữ lượng nhỏ, thành phần khoáng đa dạng, bao gồm nhiều loại như quặng sunfua, cacbonat, nhưng thường gặp là quặng chalcopyrit. Tổng trữ lượng các mỏ đã thăm dò ước đạt khoảng 600.

Những vùng tụ khoáng quặng đồng quan trọng ở nước ta là: Vùng tụ khoáng Sinh Quyền (Lào Cai); Vùng tụ khoáng Bản Phúc (Sơn La); Vùng tụ khoáng Vạn Sài (Sơn La); Điểm quặng Hổng Thu và Quang Tân Trai (Lai Châu); Điểm quặng Bản Giàng (Sơn La); Vùng tụ khoáng Suối Nùng (Quảng Ngãi). Ngoài các vùng quặng chính như trên, còn có rất nhiều điểm quặng khác phân bố rải rác ở các tỉnh Thanh Hóa, Lạng Sơn, Lào Cai. Trữ lượng quặng đồng sunfua tại mỏ đồng Sinh Quyền Vùng mỏ đồng Sinh Quyền nằm ở hữu ngạn Sông Hồng, thuộc huyện Bát Xát, tỉnh Lào Cai, bao gồm các mỏ khoáng Sinh Quyền, Cốc Mỳ, Vi Kẽm. được đánh giá là vùng quặng hỗn hợp gồm ba thành phần chính là đồng, đất hiếm, vàng.

Vùng quặng này có 3 dải quặng đồng chính song song và kéo dài gần 40 km theo phương TB-ĐN từ nam Bát Xát đến Lũng Lô sát biên giới Việt Trung, ở tọa độ 22048’55” vĩ độ bắc. 103048’55” kinh độ đông, bao gồm: dải Lùng Thàng - Pin Ngang Chải ở phía Tây là dải quặng đồng - đất hiếm - molybđen. Dải giữa Sinh Quyền - Nậm Mít là dải quặng chính gồm quặng đồng - đất hiếm. Dải Thùng Sáng - Lũng Pô ở phía Đông gồm các mạch quặng thạch anh - sunfua chứa đồng.

Khu mỏ Sinh Quyền đã phát hiện được ít nhất 17 thân quặng trong một đới khoáng hóa kéo dài theo phương tây bắc – đông nam với chiều rộng 100 ÷ 300m. Trong đó các thân quặng gồm các chùm mạch quặng, mỗi chùm có từ 2 ÷ 5 thấu kính hoặc thân quặng nhỏ khác. Các thân quặng của mỏ đồng Sinh Quyền chủ yếu phân bố trong các đá amphibolit và granitogneiss bị migmatit hóa, ngoài ra có một phận nhỏ phân bố trong đá granit và pegmatite.[10] Trong thiên nhiên, quặng đồng tồn tại ở nhiều dạng khác nhau như tinh thể, cục, mẩu, tấm.… Về mặt hóa học, đồng tồn tại phổ biến nhất là ở quặng chứa đồng có gốc sunfua, ngoài ra cũng ở dạng cacbonat hoặc oxit. Những quặng đồng quan trọng nhất là chalcopyrit CuFeS2, bornit Cu3FeS3, chalkosin Cu2S, bournonit 2PbS.

ngoài ra còn một số loại quặng đồng có ý nghĩa kinh tế là: malachit Cu2{(OH)2/CO3)}, azurit 2CuCO3.Cu(OH)3, cuprit Cu2O, chrysocol CuSiO3.…Kết quả nghiên cứu thành phần vật chất quặng hóa tại mỏ đồng Sinh Quyền đã xác định khoáng chứa Cu chủ yếu là chalcopyrit, pyrotin, magnetit, pyrit, melnikovit, orthit; thứ yếu có ilmenit, sphalerit, quặng đồng xám, marcasit, arsenopyrit, conanit; hiếm gặp có molybdenit, galenit, cobaltin, saflorit, vàng tự sinh, calaverit, uraninit, nhóm khoáng vật đất hiếm.[10] 5 Mỏ đã được phát hiện, tìm kiếm và thăm dò từ những năm 1961 với trữ lượng ước tính 52,7 triệu tấn, hàm lượng đồng trung bình khoảng 1,03%, tương đương 551,2 nghìn tấn Cu, kèm theo 334 nghìn tấn R2O, 35 tấn Au, 25 tấn Ag, 843 nghìn tấn S. Tuy nhiên, đến các năm 1992 – 1994 các công ty khai thác khoáng sản đã thăm dò bổ sung trữ lượng các nguyên tố trong quặng. Phạm Tích Xuân và cộng sự (2011) [12], tại mỏ đồng Sinh Quyền, hàm lượng đồng dao dộng từ 3.153 mg/kg tới 71. Bên cạnh đó, hàm lượng các nguyên tố dạng vết khác như As, Zn, Ni và Cd cũng khá ổn định.

Tham khảo tài liệu phân tích mẫu công nghệ của mỏ đồng Sinh Quyền có thể thấy như sau: Cu 0,001÷ 11,58%; trung bình 1,03%, RE2O3 – 0,03 ÷ 9,71 %; trung bình 0,90% (chủ yếu trong orthit); Au 0,46 ÷ 0,55 g/tấn quặng; Co 0,039 ÷ 0,065 g/tấn; ngoài ra còn có Mo, Ag, Sb, Sn, Se. Một số loại quặng chủ yếu ở mỏ đồng Sinh Quyền 1. Chalcopyrit CuFeS2 Chalcopyrit là khoáng vật nguyên sinh chủ yếu, có mặt trong hầu hết các kiểu quặng, có hàm lượng Cu – 34,6%, ngoài ra còn có Ag, In và một số nguyên tố khác. Chalcopyrit thường chứa tạp chất đồng hình Au, Ag.

Cấu trúc gần giống với cấu trúc của sphalerit, trong đó ô mạng cơ sở gấp đôi lên và vị trí Zn được thay thế bằng Cu, Fe. Trong biến thể lập phương talnakhit, sự phân bố Fe và Cu không trật tự. Chalcopyrit có màu vàng đồng thau, có vết vạch đen hoặc đen xanh, ánh kim. Chalcopyrit thường có màu sặc sỡ do bị oxi hoá, chalcopyrit khác pyrit về màu sắc và độ cứng thấp.

Chalcopyrit có nguồn gốc magma, trong đá mafic, cộng sinh với pyrotin, pentlandit. Trong skarn, chalcopyrit cộng sinh với pyrit, pyrotin, sulfua chì, kẽm, đồng. Ngoài ra chalcopyrit còn có trong các thành tạo ngoại sinh, trong đá trầm tích. 6 Trong đới oxi hoá, chalcopyrit bị biến đổi, tạo nên đồng tự sinh, chalcosin, covelin, cuprit, malachit, azurit, crysocola.

Chalcopyrit có mặt ở Bản Xang, Bản Phúc (Sơn La), mỏ đồng Sinh Quyền (Lào Cai) gần Tạ Khoa. Pyrotin Fe1-xS Là khoáng vật chính trong quặng, chiếm số lượng chủ yếu của quặng sulfid sắt, nhưng có số lượng ít hơn chalcopyrit, hàm lượng Fe khoảng 58,22% - 63,53%, trong công thức của pyrotin hệ số nguyên tử của Fe = 1-x, với x = 0,1-0,2, pyrotin với công thức trên là một biến thể đa hình kết tinh ở hệ sáu phương, còn biến thể có công thức là FeS là troilit cũng kết tinh ở hệ sáu phương, ngoài ra FeS còn có một biến thể khác kết tinh ở hệ một nghiêng. Trong thành phần pyrotin ngoài sắt và lưu huỳnh còn có các đồng hình khác như là Cu, Ni, Co. Khoáng vật kết tinh ở hệ sáu phương, ô mạng cơ sở thuộc hệ nguyên thủy, nhóm đối xứng không gian.

Mô hình cấu trúc giống với khoáng vật nikenin (NiAs) trong đó Fe đóng vai trò của Ni, còn lưu huỳnh đóng vai trò của As - nhóm đối xứng không gian của khoáng vật. Đơn tinh thể pyrotin thường có dạng tấm, tháp hoặc lăng trụ, trên tinh thể thường có các hình đơn như lăng trụ sáu phương, tháp đôi sáu phương, đôi mặt, đôi khi có gắn kết song tinh. Các dạng tập hợp phổ biến của pyrotin là tập hợp hạt, khối đặc xít, có khi ở dạng xâm tán. Đặc trưng của pyrotin là màu vàng thau, có sắc nâu tối, và có từ tính mạnh, trong số khoáng vật sunfua của Fe.

Khoáng vật tan trong HCl sinh ra khí H2S. Pyrotin thành tạo chủ yếu trong quá trinh nội sinh, liên quan tới các thành tao đá magma bazơ. Trong các đá magma bazơ, pyroytin thường cộng sinh với pentlandit, chalcopyrit.