Nghiên cứu công nghệ khai thác phù hợp cho các mỏ quặng titan sa khoáng ven biển Việt Nam

Nội dung tài liệu: Nghiên cứu công nghệ khai thác phù hợp cho các mỏ quặng titan sa khoáng ven biển Việt Nam

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT LÊ QUÍ THẢO NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ KHAI THÁC PHÙ HỢP CHO CÁC MỎ QUẶNG TITAN SA KHOÁNG VEN BIỂN VIỆT NAM TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Hà Nội - 2020
2. Công trình hoàn thành tại: Bộ môn Khai thác lộ thiên Khoa Mỏ, Trường Đại học Mỏ - Địa chất Người hướng dẫn khoa học: 1. GS.TS Bùi Xuân Nam, Trường Đại học Mỏ - Địa chất 2. PGS.TS Vũ Đình Hiếu, Trường Đại học Mỏ - Địa chất Phản biện 1: GS.TS Nhữ Văn Bách, Hội Kỹ thuật nổ mìn Việt Nam Phản biện 2: PGS.TS Phạm Văn Hòa, Trường Đại học Mỏ - Địa chất Phản biện 3: TS. Đỗ Ngọc Tước, Viện Khoa học Công nghệ Mỏ Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án cấp Trường, họp tại vào hồi giờ .ngày .tháng năm 2020. Có thể tìm thấy luận án tại Thư viện Quốc gia Hà Nội hoặc Thư viện Trường Đại học Mỏ - Địa chất
3. 1 1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA LUẬN ÁN - Việt Nam là nước có tiềm năng quặng titan sa khoáng lớn trên thế giới, chúng được phân bố chủ yếu dọc theo bờ biển Việt Nam, từ Thanh Hóa tới Bà Rịa - Vũng Tàu. Theo kết quả thăm dò, Việt Nam có hơn 600 triệu tấn khoáng sản titan ven biển. Thành phần trong quặng titan sa khoáng ven biển bao gồm các khoáng vật nặng như ilmenit, rutil, zircon, monazit, Tỷ lệ các khoáng vật nặng trong quặng không giống nhau giữa các khu vực, vì thế giá trị kinh tế của chúng cũng khác nhau. - Các kết quả tìm kiếm, thăm dò đã phát hiện và xác định rằng quặng titan sa khoáng ven biển của Việt Nam có giá trị công nghiệp và phân bố trong các tầng trầm tích biển tuổi Pleistocen và Holocen, bao gồm 2 loại quặng chính. Quặng titan sa khoáng phân bố trong tầng cát đỏ có tuổi Pleistocen gắn kết yếu, tập trung ở các tỉnh Ninh Thuận, Bình Thuận và Bắc Bà Rịa - Vũng Tàu với tổng diện tích khoảng 1000 km2. Quặng titan sa khoáng phân bố trong trầm tích cát xám có tuổi Holocen, phân bố ở các tỉnh Thanh Hóa, Hà Tĩnh, Quảng Trị, Thừa Thiên - Huế, Quảng Nam, Quảng Ngãi, Bình Định và Phú Yên. - Các mỏ quặng titan sa khoáng ven biển của Việt Nam chủ yếu được khai thác lộ thiên bằng công nghệ khai thác bằng sức nước tuyển thô trọng lực trên các giàn vít xoắn. Tinh quặng thu được sau khi tuyển trên giàn vít xoắn được vận chuyển bằng ôtô về xưởng tuyển tinh. Tại đây, bằng hệ thống lò sấy, tuyển từ, tuyển điện, tinh quặng được phân chia thành các sản phẩm ilmenit, zircon, rutil, . Thực trạng việc khai thác quặng titan sa khoáng ven biển ở Việt Nam hiện nay còn để lại nhiều tổn thất, gây ô nhiễm môi trường, đặc biệt công nghệ khai thác hiện tại chưa đáp ứng được khi khai thác tại các tầng cát đỏ dày, có ít nước, chứa nhiều sét trong các khoáng sàng quặng titan sa khoáng có trữ lượng lớn ở các tỉnh Nam Trung Bộ. Công tác an toàn, cải tạo, phục hồi môi trường trong và sau quá trình khai thác tại các mỏ này cũng còn nhiều bất cập. - Công nghệ khai thác tại các mỏ titan sa khoáng ven biển của Việt Nam trong thời gian qua còn tiềm ẩn nhiều tác động tiêu cực tới môi trường, tới cảnh quan, tới nguồn nước ở các mức độ khác nhau. Ô nhiễm bụi, cát bay, cát nhảy, hoang mạc hóa do phá vỡ lớp thực vật trên mặt, nguy cơ ảnh hưởng nước mặt, nước ngầm và ảnh hưởng phóng xạ trong quá trình khai thác tại các mỏ titan sa khoáng ven biển của Việt Nam là phổ biển, gây phản ứng mạnh mẽ trong cộng đồng dân cư quanh khu vực khai thác mỏ. - Với tiềm năng quặng titan sa khoáng của Việt Nam, đặc điểm hình thành thân quặng và công nghệ khai thác hiện tại, cần thiết phải có một công trình nghiên cứu toàn diện đề xuất được công nghệ khai thác phù hợp cho các mỏ titan sa khoáng ven biển của Việt Nam, nhằm nâng cao hiệu quả khai thác, đảm bảo an toàn, tận thu tối đa tài nguyên, bảo vệ môi trường, góp phần phát triển bền vững công nghiệp titan của đất nước. Chính vì vậy, đề tài luận án “Nghiên cứu công nghệ khai thác phù hợp cho các mỏ quặng titan sa khoáng ven biển Việt Nam” mà nghiên cứu sinh (NCS) lựa chọn để nghiên cứu là vấn đề có tính khoa học và thực tiễn cấp thiết hiện nay đối với công tác khai thác quặng sa khoáng nói chung và quặng titan sa khoáng ven biển Việt Nam nói riêng. 2. MỤC TIÊU Đề xuất được công nghệ khai thác phù hợp đảm bảo hiệu quả, an toàn và bảo vệ môi trường cho các mỏ quặng titan sa khoáng ven biển Việt Nam. 3. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU Để đạt được mục tiêu của đề tài, luận án đã tiến hành thực hiện các nội dung chính sau đây: - Nghiên cứu tổng quan về khai thác titan sa khoáng ven biển trên thế giới và Việt Nam; - Nghiên cứu phân loại các mỏ titan sa khoáng ven biển Việt Nam; - Nghiên cứu công nghệ khai thác phù hợp cho các mỏ titan sa khoáng ven biển Việt Nam; - Nghiên cứu áp dụng thử nghiệm cho mỏ titan sa khoáng Nam Suối Nhum - khu vực Bình Thuận.
4. 2 4. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU - Đối tượng nghiên cứu là công nghệ khai thác lộ thiên sử dụng tại các mỏ titan sa khoáng ven biển của Việt Nam. - Phạm vi nghiên cứu của luận án là tại các mỏ khai thác titan sa khoáng ven biển của Việt Nam, tập trung từ tỉnh Thanh Hóa tới tỉnh Bà Rịa - Vũng Tàu. 5. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ CÁCH TIẾP CẬN Trong quá trình thực hiện đề tài luận án, nghiên cứu sinh đã sử dụng hệ các phương pháp nghiên cứu sau: Phương pháp thu thập và xử lý tài liệu; Phương pháp thống kê, tổng hợp; Phương pháp phân tích, so sánh;Phương pháp nghiên cứu lý thuyết; Phương pháp triển khai thực nghiệm; Phương pháp ứng dụng tin học. 6. ĐIỂM MỚI CỦA LUẬN ÁN - Đã làm rõ và phân loại được các mỏ titan sa khoáng ven biển của Việt Nam dựa trên đặc điểm địa chất, đặc điểm địa chất thủy văn, quy mô mỏ và đặc điểm công nghệ khai thác; - Với các tính chất cơ lý cụ thể của cát quặng titan sa khoáng ven biển Việt Nam, đã xác định được: góc dốc sườn tầng ổn định, tốc độ thẩm thấu của nước vào gương khai thác và tỷ lệ thu hồi nước tuần hoàn khi hàm lượng sét và độ ẩm của quặng khi chiều cao tầng và chiều rộng mặt tầng thay đổi. - Đã xây dựng được cơ sở khoa học cho việc lựa chọn công nghệ khai thác phù hợp cho các mỏ titan sa khoáng ven biển của Việt Nam. 7. LUẬN ĐIỂM BẢO VỆ - Luận điểm 1: Việc phân loại các mỏ titan sa khoáng ven biển của Việt Nam là điều kiện tiên quyết cho việc nghiên cứu, lựa chọn công nghệ khai thác phù hợp với các đặc điểm tự nhiên và kỹ thuật của khoáng sàng. - Luận điểm 2: Sơ đồ công nghệ khai thác khả thi; trình tự khai thác hợp lý; đảm bảo lượng nước cần thiết; đảm bảo ổn định bờ mỏ; phương án cải tạo và phục hồi môi trường thuận lợi và hiệu quả kinh tế cao là các tiêu chí quan trọng để lựa chọn công nghệ khai thác phù hợp cho các mỏ titan sa khoáng ven biển của Việt Nam 8. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN 8.1. Ý nghĩa khoa học Nội dung nghiên cứu của luận án góp phần bổ sung cơ sở khoa học trong việc lựa chọn công nghệ khai thác phù hợp cho các mỏ quặng sa khoáng nói chung và titan sa khoáng ven biển nói riêng. 8.2. Ý nghĩa thực tiễn Kết quả nghiên cứu của luận án góp phần khai thác hiệu quả, an toàn, bảo vệ môi trường cho các mỏ titan sa khoáng ven biển Việt Nam và phát triển bền vững ngành công nghiệp khai thác và chế biến titan của đất nước. 9. CẤU TRÚC LUẬN ÁN Luận án bao gồm 4 chương, ngoài các phần: mở đầu, kết luận và kiến nghị, danh mục các công trình đã công bố liên quan đến luận án của NCS, tài liệu tham khảo (không kể phụ lục), được trình bày trong 137 trang đánh máy khổ A4, kèm theo 85 hình minh họa và 31 bảng biểu. 10. CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ Trong thời gian nghiên cứu, NCS đã công bố 06 bài báo và báo cáo khoa học liên quan trực tiếp đến nội dung của luận án, bao gồm: 01 bài báo trong hệ thống các tạp chí quốc tế ISI; 01 bài báo trong hội nghị khoa học quốc tế tại Vũng Tàu, Việt Nam; 04 bài báo trong các tạp chí ngành trong nước.
5. 3 TỔNG QUAN VỀ KHAI THÁC TITAN SA KHOÁNG VEN BIỂN TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM TITAN SA KHOÁNG VÀ TẦM QUAN TRỌNG CỦA NÓ Khái quát chung về titan sa khoáng Thành phần khoáng vật nặng cơ bản của titan sa khoáng bào gồm: ilmenit (Fe.TiO3), rutil (TiO2), zircon (ZrSiO4), leucocen (Fe.nH2O), monazit (Ce, la, Th, Nd, Y)PO3, Có nhiều quan điểm về thuật ngữ titan sa khoáng, theo tài liệu của các nhà khoa học Nga những năm 1970 đã quan niệm, titan sa khoáng ven bờ biển chứa các khoáng vật nặng có tỷ trọng 4,3÷5,2 và độ hạt 0,05÷0,25 được G. V. Nhesterenko (1977) và nhiều nhà khoa học sử dụng. Những tài liệu hiện nay của Cục khảo sát Địa chất Hoa kỳ (USGS), hay các tài liệu sử dụng trong các tập đoàn khai thác titan sa khoáng lớn trên thế giới như Iluka (Australia), Sierra Rutile Limited (Nam Phi), cho rằng titan sa khoáng là những khoáng vật có tỷ trọng lớn hơn 2,85. Tại Việt Nam, thuật ngữ "mỏ titan sa khoáng ven biển" được sử dụng rất rộng rãi trong các tài liệu nghiên cứu địa chất Việt Nam từ những năm 1960 đến nay và trở thành một tên gọi quen dùng. Tầm quan trọng của titan sa khoáng Titan kim loại có trọng lượng nhẹ như nhôm nhưng đặc tính lại cứng như thép, titan không bị gỉ, ăn mòn bởi các tác nhân bên ngoài kể cả axít, nhiệt độ nóng chảy của titan rất cao vì vậy nó có thể chịu được nhiệt độ rất cao trong thời gian dài, nhiệt độ thấp nó cũng không bị giòn, nứt vỡ. Pigment là các sản phẩm bột màu trắng dùng trong các ngành: sơn, nhựa, giấy, quần áo và rất nhiều ngành công nghiệp khác. 1.1.3. Các sản phẩm chính từ titan sa khoáng Các sản phẩm từ titan bao gồm: Titan kim loại: để sản xuất titan kim loại người ta phải sản xuất từ một sản phẩm trung gian như tetraclorua titan (TiCl4), titan xốp (Titanium sponge), rồi luyện thành thỏi titan kim loại. Sản xuất pigment TiO2: sản phẩm bột của titan 1.2. TỔNG QUAN VỀ TITAN SA KHOÁNG TRÊN THẾ GIỚI 1.2.1. Titan sa khoáng trên thế giới Theo Cục khảo sát Địa chất Hoa Kỳ (USGS) năm 2016-2017 thì trữ lượng titan sa khoáng thế giới có khoảng 930 triệu tấn quy ra TiO2, thu được từ 2 loại KVN là ilmenit và rutil. Để có cái nhìn tổng quan về đặc điểm quặng titan sa khoáng trên thế giới, NCS khái quát một số vùng quặng sau: 1. Titan sa khoáng nước Australia 2. Titan sa khoáng ven biển Trung Quốc 3. Titan sa khoáng ven biển Ấn Độ 4. Titan sa khoáng ven biển Nam Phi 5. Titan sa khoáng ven biển một số nước khác (Sierra Leone, Mozambic, Mỹ) 1.2.2. Công nghệ khai thác titan sa khoáng trên thế giơi Trên thế giới thường sử dụng 2 phương pháp chính để khai thác quặng titan sa khoáng chính đó là: phương pháp khai thác ướt (Wet method) và phương pháp khai thác khô (Dry method). 1.2.3. Đánh giá chung về việc thu hồi titan sa khoáng trên thế giới - Hầu hết titan sa khoáng ven biển trên thế giới khai thác hiện nay được hình thành trong trầm tích biển tuổi Holocen và Pleistocen.
6. 4 - Chiều dày thân quặng có giá trị từ 3÷45 m. Hàm lượng KVN từ 2 đến hơn 10%, hàm lượng sét thấp (< 3%), ít dính kết và khu vực khai thác ít ảnh hưởng tới yếu tố xã hội và môi trường. - Cả vùng quặng chỉ có 1 đơn vị khai thác chủ yếu với kế hoạch dài hạn, có những khu vực quặng được cấp phép tới hơn 100 năm, điều này đảm bảo cho việc đầu tư quy mô lớn, cần thời gian hoàn vốn dài. - Các khu vực khó khăn về nguồn nước trong khai thác cũng như tuyển được đầu tư hệ thống cấp nước riêng không ảnh hưởng tới vùng nước trong khu vực. Công tác giám sát môi trường, cải tạo phục hồi môi trường được thực hiện với điều kiện bắt buộc. 1.3. TỔNG QUAN VỀ TITAN SA KHOÁNG VIỆT NAM 1.3.1.Tiềm năng titan sa khoáng Việt Nam Trữ lượng và tài nguyên quặng titan sa khoáng ven biển Việt Nam có 650 triệu tấn KVN có ích - Kiểu mỏ sa khoáng hình thành trong đới sóng vỗ bờ chủ yếu phân bố trong các trầm tích tuổi Holocen muộn. - Kiểu mỏ sa khoáng hình thành trên bãi biển phân bố chủ yếu trong trầm tích tuổi Pleistocen . Vị trí phân bố quặng titan sa khoáng ven biển của Việt Nam tập trung chủ yếu ở các tỉnh Quảng Bình, Quảng Trị, Thừa Thiên Huế, Bình Định, Ninh Thuận, Bình Thuận, trong đó vùng quặng tỉnh Bình Thuận là trọng điểm trong quy hoạch phát triển ngành titan Việt Nam. Theo thu thập số liệu của Tổng cục Địa chất và Khoáng sản Việt Nam tính đến năm 2018 số lượng giấy phép các mỏ titan sa khoáng còn hoạt động khoảng 23 giấy phép, phân bổ từ tỉnh Hà Tĩnh tới tỉnh Bình Thuận 1.3.2.Titan sa khoáng khu vực Bình Thuận Trữ lượng titan sa khoáng ở đây chủ yếu nằm trong tầng cát xám và tầng cát đỏ, được dự báo có trữ lượng khoảng 600 triệu tấn phân bố trên vùng đất rộng khoảng 1.137 km2, chiếm 92% tổng trữ lượng tài nguyên quặng titan của Việt Nam Kết quả phân tích kiểm chứng lại bằng 2 phương pháp chụp SEM và phân tích XRD cho thấy thành phần KVN chủ yếu của khu vực Bình Thuận là ilmenit và zircon chiếm khoảng 1%. Khu vực khảo sát lượng nước đa phần là nước mặt, lượng nước ngầm là không đáng kể kể cả vào mùa mưa. 1.3.3. Công nghệ khai thác titan sa khoáng tại Việt Nam Hiện nay, công nghệ khai thác phổ biến đang được áp dụng cho các mỏ titan sa khoáng ven biển Việt Nam là công nghệ khai thác bao gồm 3 khâu chính: (i) khai thác, (ii) tuyển thô bằng vít xoắn và (ii) thải cát. So sánh với thế giới, các công nghệ này là sự kết hợp hai phương pháp khô và ướt. 1.3.3.1. Khâu khai thác Công nghệ khai thác đang được áp dụng tại các mỏ sa khoáng Việt Nam chủ yếu bằng sức nước với các bước cơ bản sau: + Chuẩn bị diện khai thác đầu tiên nhỏ nhất đảm bảo cung cấp nước đầy đủ nước trong cả mùa khô và mừa mưa. Moong nước dự trữ thường được đào và đắp trước khi tiến hành mở moong khai thác. + Đào các moong khai thác chứa nước đảm bảo cho thiết bị khai thác hoạt động. + Thiết bị khai thác gồm: Bè hút cát, trạm tuyển thô (được đặt trên bờ hoặc dưới moong khai thác trên bè), súng bắn nước hộ trợ cho việc khai thác, máy xúc hoặc máy ủi san gạt hỗ trợ cho việc đưa quặng vào moong khai thác và dọn bề mặt. 1.3.3.2. Khâu tuyển thô bằng vít xoắn Khâu tuyển quặng hiện tại đang được sử dụng là hệ thống vít xoắn tuyển trọng lực. Khâu tuyển cơ bản gồm 3 công đoạn tuyển chính: tuyển thô, tuyển trung gian và tuyển tinh.
7. 5 1.3.3.3. Khâu thải cát Việc thải cát theo hình thức đổ thải vào khu vực đã khai thác được áp dụng hầu hết cho các mỏ khai thác titan sa khoáng tại ven biển Việt Nam. Khối lượng cát thải gần bằng hoàn toàn khối lượng khai thác; khai thác đến đâu, hoàn nguyên bề mặt khu vực đã khai thác tới đó. Hình 1.1. Sơ đồ minh họa công nghệ khai thác titan, tuyển sơ bộ và thải cát 1- Moong khai thác; 2- Bè bơm hút bùn cát; 3- Ống hút; 4- Neo định vị; 5- Súng bắn nước; 6- vít xoắn; 7-Phao nổi; 8- Ống thải bùn quặng; 9- Bãi thải cát; 10- Thiết bị cơ giới san gạt quặng xuống moong khai thác. 1.3.3.4. Những vấn đề cấp thiết hiện nay đối với việc lựa chọn công nghệ khai thác hợp lý cho các mỏ titan sa khoáng ven biển Việt Nam 1. Không phù hợp với điều kiện địa chất và ĐCTV 2. Không đáp ứng sản lượng khai thác và gây tổn thất tài nguyên khoáng sản 3. Trình tự khai thác, thải cát và phục hồi môi trường chưa hợp lý 4. Chưa đảm bảo an toàn, đặc biệt là ổn định bờ mỏ 5. Chưa hiệu quả trong việc khai thác và phát triển bền vững 1.3.4. Những nghiên cứu về khai thác titan sa khoáng ven biển Việt Nam 1.3.4.1 Các luận án tiến sĩ, thạc sĩ khoa học đã công bố 1. Luận án Tiến sĩ kinh tế của tác giả Phan Thị Thái năm 2005 “Nghiên cứu phương pháp đánh giá giá trị kinh tế và định hướng khai thác khoáng sản titan sa khoáng ở Việt Nam”. 2. Luận án Tiến sĩ địa chất của tác giả Bùi Tất Hợp năm 2010 “Đánh giá tiềm năng sa khoáng ven bờ biển miền Trung Việt Nam, sử dụng hợp lý kinh tế chúng vào bảo vệ môi trường”. 3. Một số luận văn thạc sĩ nghiên cứu về titan sa khoáng. 1.3.4.2. Các đề tài nghiên cứu khoa học 1. Xây dựng mô hình trình diễn công nghệ thân thiện môi trường để khai thác quặng ilmenit trong cồn cát ven biển huyện Phù Mỹ, 2008. Chủ nhiệm: GS.TSKH. Đặng Trung Thuận, ĐHQG Hà Nội 2. Nghiên cứu công nghệ xây dựng mô hình khai thác - tuyển thô di động titan sa khoáng ven biển, 2009. Chủ nhiệm: ThS. Đào Công Vũ, Viện Khoa học Công nghệ Mỏ - Luyện kim. 3. Nghiên cứu công nghệ khai thác và tuyển hợp lý nhằm phát triển bền vững tài nguyên sa khoáng titan - zircon trong tầng cát đỏ khu vực Bình Thuận, Việt Nam, 2016. Chủ nhiệm: ThS. Nguyễn Thị Hồng Gấm, Viện Khoa học Công nghệ Mỏ - Luyện kim. 4. Nghiên cứu đánh giá khả năng và hiệu quả khai thác và tuyển quặng titan – zircon khu vực Lương Sơn, tỉnh Bình Thuận, 2016. Chủ nhiệm: ThS. Nguyễn Văn Minh, Viện Khoa học và Công nghệ mỏ (TKV). 1.4. KẾT LUẬN CHƯƠNG 1. Titan sa khoáng là loại khoáng sản quan trọng đối với thế giới và Việt Nam. Loại khoáng sản này được khai thác để phục vụ cho nhiều ngành công nghiệp quan trọng khác như: ngành bột mầu, ngành sơn, ngành công nghiệp giấy, ngành chế tạo linh kiện điện tử, ngành nhựa, ngành chất dẻo và cao su tổng hợp, ngành sứ và thủy tinh, ngành y tế và dược liệu, ngành mỹ phẩm, quân sự, môi trường, 2. Việt Nam có tiềm năng đáng kể về trữ lượng titan sa khoáng ven biển, trải dài từ Bắc tới Nam, nhưng tập trung tại các tỉnh từ Thanh Hóa đến Bà Rịa - Vũng Tàu, trong đó phân
8. 6 bố chủ yếu tại các khu vực tỉnh Ninh Thuận, Bình Thuận và Bắc Bà Rịa (chiếm hơn 90% tổng trữ lượng quặng titan của đất nước). 3. Trên thế giới, quặng titan sa khoáng được khai thác chủ yếu bằng 2 công nghệ: khai thác ướt (tàu cuốc, tàu hút) và khai thác khô (máy cạp, máy xúc, máy ủi, ô tô). Tại Việt Nam hiện nay, quặng titan sa khoáng chủ yếu được khai thác bằng 2 công nghệ khai thác sau: (i) Công nghệ khai thác sử dụng thiết bị xúc, ô tô kết hợp với tổ hợp tuyển cố định; (ii) Công nghệ khai thác sử dụng súng bắn nước, bơm hút kết hợp với tổ hợp bè tuyển di động. Đây là công nghệ khai thác kết hợp khô và ướt. 4. Các công nghệ khai thác quặng titan sa khoáng ven biển của Việt Nam hiện tại còn chưa phù hợp với các yêu cầu về kỹ thuật, an toàn, bảo vệ môi trường và phát triển bền vững. 5. Cho đến nay chưa có công trình nghiên cứu toàn diện nào đề cập tới: (i) việc phân loại các khoáng sàng sa khoáng titan của Việt Nam nhằm định hướng cho việc lựa chọn công nghệ khai thác khả thi và (ii) xây dựng các tiêu chí nhằm nghiên cứu đề xuất được công nghệ khai thác phù hợp cho các mỏ quặng titan sa khoáng ven biển Việt Nam dựa trên đặc điểm tự nhiên của khoáng sàng, đảm bảo cho mỏ khai thác hiệu quả, an toàn và bảo vệ môi trường. CHƯƠNG 2 PHÂN LOẠI CÁC MỎ TITAN SA KHOÁNG VEN BIỂN VIỆT NAM 2.1. PHÂN LOẠI MỎ THEO ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT 2.1.1. Hình thái thân quặng Các thân quặng titan sa khoáng ven biển Việt Nam có hình dạng biến đổi phức tạp phụ thuộc chủ yếu vào các yếu tố địa hình, địa mạo ven bờ và hình thái đường bờ biển, đa số các thân quặng thường có dạng kéo dài theo đường bờ biển, phân bố ở sát bờ biển hoặc ăn sâu vào lục địa cách bờ biển vài km, đôi khi vài chục km. 2.1.2. Kích thước thân quặng Kích thước các thân quặng sa khoáng có chiều dài từ vài trăm mét đến 20 km, rộng 25÷700 m, dày 0,5÷10 m. Đặc biệt, theo tài liệu năm 2009 của Tổng cục Địa chất và 2 Khoáng sản Việt Nam, trong tầng cát đỏ hệ tầng Phan Thiết (mq1 pt) vùng Bắc Bình Thuận, hầu như toàn bộ địa tầng là thân quặng công nghiệp có kích thước: dài khoảng 50 km, rộng đến 20 km, chiều dày trung bình 90 m. 2.1.3. Thành phần vật chất Tổng hợp kết quả nghiên cứu thành phần cát quặng trong các mỏ titan sa khoáng ven biển Việt Nam cho thấy: thành phần quặng nguyên khai gồm phần không quặng chiếm tỷ lệ 80,2÷99,7 % và phần quặng chiếm tỷ lệ 0,3÷18,8 %. 2.1.4. Độ hạt khoáng vật quặng Độ hạt quặng trong trầm tích Holocen phổ biến ở cỡ hạt 0,1÷0,25 mm (chiếm 60,8÷87 %), cỡ hạt 0,1 mm chiếm tỷ lệ 24,81 %. Dựa vào nguồn gốc thành tạo và điều kiện địa chất, NCS phân các mỏ titan sa khoáng ven biển Việt Nam thành 2 nhóm như sau: - Nhóm 1: Các mỏ titan sa khoáng hình thành trong trầm tích tuổi Holocen muộn, tập trung chủ yếu trong tầng cát xám khu vực từ Thanh Hóa tới Phú Yên; có chiều dài từ vài trăm mét đến 20 km, rộng 25÷700 m, dày 0,5÷10 m. - Nhóm 2: Các mỏ titan sa khoáng hình thành trong trầm tích tuổi Pleistocen, tập trung chủ yếu trong tầng cát đỏ khu vực từ Ninh Thuận tới Bình Thuận; có chiều dài khoảng 50 km, rộng đến 20 km, chiều dày trung bình 90 m. 2.2. PHÂN LOẠI MỎ THEO ĐẶC ĐIỂM ĐCTV Trong khai thác titan sa khoáng, các khâu khai thác, tuyển sơ bộ, vận chuyển quặng và thải cát đều dùng đến sức nước. Do đó, đặc điểm ĐCTV là một yếu tố rất quan trọng trong
9. 7 việc xem xét khả năng khai thác mỏ. Nếu mỏ nằm trong khu vực có điều kiện ĐCTV thuận lợi (TL), hiệu quả khai thác sẽ rất cao và sẽ là ngược lại nếu khu vực mỏ có điều kiện ĐCTV không thuận lợi (KTL). Hình 2.1. Phân loại các mỏ Hình 2.2. Phân loại các mỏ titan Hình 2.3. Phân loại mỏ titan titan sa khoáng ven biển Việt sa khoáng ven biển Việt Nam sa khoáng ven biển Việt Nam theo đặc điểm địa chất theo điều kiện địa chất thủy văn Nam theo quy mô của mỏ 2.3. PHÂN LOẠI MỎ THEO QUY MÔ Theo quy mô các mỏ titan sa khoáng ven có thể được phân loại dựa trên trữ lượng KVN (quặng thô) như sau: - Mỏ quy mô lớn: 1.500.00015.000.000 tấn quặng thô; - Mỏ quy mô trung bình: 150.0001.500.000 tấn quặng thô; - Mỏ quy mô nhỏ: 75.000150.000 tấn quặng thô; - Điểm quặng: < 75.000 tấn quặng thô. Từ các kết quả nghiên cứu trên, NCS phân loại các mỏ titan sa khoáng ven biển Việt Nam theo quy mô mỏ dựa trên trữ lượng quặng thô của mỏ. 2.4. PHÂN LOẠI MỎ THEO ĐẶC ĐIỂM CÔNG NGHỆ KHAI THÁC 2.4.1. Tổng quan công nghệ khai thác bằng sức nước Trong khai thác khoáng sản bằng sức nước (gọi tắt là khai thác sức nước) thì HTKT của nó là “quá trình hoàn thành đồng bộ các khâu công việc phá vỡ đất đá, vận tải chúng bằng sức nước và chất chúng vào bãi thải bùn, nhằm thu hồi khoáng sản có ích từ lòng đất theo một trình tự xác định về không gian và thời gian”. 2.4.2. Các sơ đồ công nghệ khai thác titan sa khoáng ven biển Công nghệ khai thác titan sa khoáng ven biển phải gắn liền công tác khai thác với công tác tuyển thô và thải cát. Do đó, dây truyền công nghệ khai - tuyển titan sa khoáng ven biển bao gồm 4 khâu chính sau: (i) - Khấu cát quặng; (ii) - Vận tải cát quặng; (iii) - Tuyển và (iv) - Thải cát. Các sơ đồ công nghệ khai thác titan sa khoáng ven biển được dựa trên đồng bộ thiết bị sử dụng trong dây truyền công nghệ là khấu cát quặng - vận tải cát quặng - tuyển thô - thải cát như sau: - Sơ đồ 1: Máy xúc khấu quặng, vận tải ô tô, tuyển vít xoắn, thải bằng bơm bùn; - Sơ đồ 2: Máy xúc khấu quặng, vận tải ô tô, tuyển vít xoắn, thải bằng máy ủi; - Sơ đồ 3: Súng bắn nước làm tơi quặng, hút và vận tải quặng bằng bơm bùn, tuyển vít xoắn, thải bằng bơm bùn; - Sơ đồ 4: Súng bắn nước làm tơi quặng, hút và vận tải quặng bằng bơm bùn, tuyển vít xoắn, thải bằng máy ủi; - Sơ đồ 5: Bơm hút quặng trực tiếp, tuyển vít xoắn, thải bằng bơm bùn; - Sơ đồ 6: Bơm hút quặng trực tiếp, tuyển vít xoắn, thải bằng máy ủi; - Sơ đồ 7: Tầu hút khấu quặng, vận tải bằng bơm bùn, tuyển vít xoắn, thải bằng bơm bùn;
10. 8 - Sơ đồ 8: Tầu hút khấu quặng, vận tải bằng bơm bùn, tuyển vít xoắn, thải bằng máy ủi; - Sơ đồ 9: Khấu quặng bằng máy xúc nhiều gàu, vận tải bằng băng tải hoặc cầu băng tải, tuyển vít xoắn, thải cát bằng băng tải. 2.4.3. Công nghệ khai thác titan sa khoáng ven biển 2.4.3.1. Công nghệ khai thác dùng máy xúc khấu quặng, vận tải ô tô, tuyển vít xoắn, thải bằng bơm bùn (Sơ đồ 1, (Hình 2.4). Hình 2.4. Sơ đồ công nghệ khai thác Hình 2.5. Sơ đồ công nghệ khai thác dùng máy xúc khấu quặng, vận tải ô tô, dùng máy xúc khấu quặng, vận tải ô tô, tuyển vít xoắn, thải bằng bơm bùn (sử tuyển vít xoắn, thải bằng máy ủi dụng nước tuần hoàn) 1- khai trường; 2- MXTLGN; 3- ô tô; 4- 1- khai trường; 2- MXTLGN; 3- ô tô; 4- bunke có trang bunke có trang bị sàng lọc rác bẩn; 5- hố bị sàng lọc rác bẩn; 5- hố bơm bùn; 6- trạm bơm bùn; 6- trạm tuyển vít xoắn; 7- ống dẫn tuyển vít xoắn; 7- ống dẫn bùn thải; 8- phần bùn thải; 8- phần bãi thải đã được lấp đầy; 9- bãi thải chưa được san gạt; 9- phần bãi thải phần bãi thải chưa sử dụng; 10- giếng lọc chưa sử dụng; 10- giếng lọc nước; 11- trạm nước; 11- trạm bơm nước tuần hoàn; 12- bơm nước tuần hoàn; 12- ống dẫn nước ống dẫn nước tuần hoàn sạch; 13- máy ủi thải cát. 2.4.3.2. Công nghệ khai thác dùng máy xúc khấu quặng, vận tải ô tô, tuyển vít xoắn, thải bằng máy ủi (Sơ đồ 2),(Hình 2.5). 2.4.3.3. Công nghệ khai thác dùng súng bắn nước làm tơi quặng, hút và vận tải quặng bằng bơm bùn, tuyển vít xoắn, thải bằng bơm bùn (Sơ đồ 3), (Hình 2.6). 2.4.3.4. Công nghệ khai thác dùng súng bắn nước làm tơi quặng, hút và vận tải quặng bằng bơm bùn, tuyển vít xoắn, thải bằng máy ủi (Sơ đồ 4), (Hình 2.7). Hình 2.6. Sơ đồ công nghệ khai thác Hình 2.7. Sơ đồ công nghệ khai thác dùng súng bắn nước làm tơi quặng, hút dùng súng bắn nước làm tơi quặng, hút và vận tải quặng bằng bơm bùn, tuyển và vận tải quặng bằng bơm bùn, tuyển vít xoắn, thải bằng bơm bùn vít xoắn, thải bằng máy ủi 1- súng bắn nước; 2- trạm vít xoắn; 3- hố 1- súng bắn nước; 2- trạm vít xoắn; 3- hố bơm bùn quặng cấp cho tuyển; 4- ống dẫn bơm bùn quặng cấp cho tuyển; 4- bãi thải
11. 9 nước; 5- trạm bơm nước tuần hoàn; 6- ống tạm đang thải; 5- trạm bơm nước tuần dẫn nước từ giếng lọc; 7- ống cấp nước hoàn; 6- hệ thống dẫn nước về hố bơm cao áp cho súng bắn nước; 8- giếng lọc nước tuần hoàn; 7- ống cấp nước cao áp nước bãi thải; 9- bãi thải tạm của khoảnh cho súng bắn nước; 8- hố bơm nước tuần khai thác đầu tiên; 10- ống dẫn bùn thải; hoàn; 9- bãi thải tạm của khoảnh khai thác 11- bãi thải trong; 12- hố bơm bùn quặng đầu tiên; 10- bãi thải trong của khoảnh trong khai trường; 13- bơm bùn quặng lên khai thác trước đó; 11- hố bơm bùn quặng hố cấp liệu cho vít xoắn; 14- moong khai trong khai trường; 12- bơm bùn quặng lên thác; 15- thứ tự khai thác các khoảnh; 16- hố cấp liệu cho vít xoắn; 13- moong khai hồ chứa nước tuần hoàn. thác; 14- thứ tự khai thác các khoảnh; 15- máy ủi thải cát; 16- ống dẫn cát thải. 2.4.3.5. Công nghệ khai thác dùng bơm hút quặng trực tiếp, tuyển vít xoắn, thải bằng bơm bùn (Sơ đồ 5) Đây là công nghệ đơn giản nhất, áp dụng để khai thác titan sa khoáng trong tầng cát xám, chiều dày thân khoáng không lớn (Hình 2.8). Đây là sơ đồ công nghệ khai thác khá đơn giản, có thể áp dụng để khai thác titan sa khoáng trong các trầm tích Holocen và Pleistocen, với chiều dày thân quặng không lớn. Hình 2.8. Sơ đồ công nghệ khai thác Hình 2.9. Sơ đồ công nghệ khai thác dùng dùng bơm hút quặng trực tiếp, tuyển tầu hút quặng, vận tải bằng bơm bùn, tuyển vít xoắn (đặt trong moong khai thác), vít xoắn, thải bằng bơm bùn (hoặc máy ủi) thải bằng bơm bùn 1- moong khai thác; 2- tàu hút; 3- súng bắn 1- moong khai thác; 2- bè hút; 3- súng bắn nước; 4-phao nổi; 5- đường ống dẫn cát quặng; nước (nếu cần); 4- ống dẫn cát quặng; 5- trạm 6- trạm vít xoắn; 7- đường ống dẫn cát thải; 8- vít xoắn; 6- phao nổi; 7- đường ống dẫn cát bãi thải tạm; 9- hệ thống dẫn nước về hố bơm thải; 8- bãi thải trong; 9- neo cố định trạm vít nước tuần hoàn; 10- hố nước dự trữ; 11- bơm xoắn; 10- hố nước dự trữ; 11- bơm cấp nước cấp nước bổ sung; 12- đường ống dẫn nước bổ bổ sung; 12- đường ống dẫn nước bổ sung; sung; 13- bãi thải trong; 14- khoảnh khai thác 13- khoảnh khai thác tiếp theo tiếp theo; 15- cọc định vị. 2.4.3.6. Công nghệ khai thác dùng bơm hút quặng trực tiếp, tuyển vít xoắn, thải bằng máy ủi (Sơ đồ 6) 2.4.3.7. Công nghệ khai thác dùng tầu hút quặng, vận tải bằng bơm bùn, tuyển vít xoắn, thải bằng bơm bùn (Sơ đồ 7), (Hình 2.9). 2.4.3.8. Công nghệ khai thác dùng tầu hút quặng, vận tải bằng bơm bùn, tuyển vít xoắn, thải bằng máy ủi (Sơ đồ 8) 2.4.3.9. Công nghệ khai thác khấu quặng bằng máy xúc nhiều gàu, vận tải bằng băng tải hoặc cầu băng tải, tuyển vít xoắn, thải cát bằng bằng tải (Sơ đồ 9) 2.4.4. Phân loại các mỏ titan sa khoáng ven biển Việt Nam theo đặc điểm công nghệ khai thác
12. 10 Dựa vào các đặc điểm địa chất, ĐCTV, quy mô của mỏ, điều kiện thực tế, tính khả thi, hiệu quả kinh tế, các mỏ titan sa khoáng ven biển Việt Nam được phân loại theo đặc điểm công nghệ khai thác như trong Bảng 2.1. Bảng 2.1. Phân loại các mỏ titan sa khoáng ven biển Việt Nam theo đặc điểm công nghệ khai thác Sơ đồ khai thác TT Tên mỏ Tỉnh Sơ Sơ Sơ Sơ Sơ Sơ Sơ Sơ Sơ đồ 1 đồ 2 đồ 3 đồ 4 đồ 5 đồ 6 đồ 7 đồ 8 đồ 9 1 Kỳ Khang Hà Tĩnh x x 2 Cẩm Xuyên Hà Tĩnh x x 3 Sen Thủy Quảng Bình x x 4 Đồng Luật Quảng Trị x x 5 Vĩnh Tú Quảng Trị x x 6 Hải Khê Quảng Trị x x 7 Gio Linh Quảng Trị x x 8 Quảng Ngạn Thừa Thiên Huế x x 9 Phú Diễn Thừa Thiên Huế x x 10 Mỹ Thành 1 Bình Định x x 11 Mỹ Thành 2 Bình Định x x 12 Mỹ Thành 3 Bình Định x x 13 Mỹ An Bình Định x x 14 Nam Đề Gi Bình Định x x 15 Từ Hóa - Từ Thiện Ninh Thuận x x x 16 Sơn Hải Ninh Thuận x x x 17 Thiện Ái 2 Bình Thuận x x x 18 Thiện Ái Bình Thuận x x x 19 Vũng Môn Bình Thuận x x x 20 Long Sơn - Suối Bình Thuận x x x Nước 1 21 Long Sơn - Suối Bình Thuận x x x Nước 2 22 Mũi Đá Bình Thuận x x x 23 Nam Suối Nhum Bình Thuận x x x 2.5. KẾT LUẬN CHƯƠNG 1. Theo đặc điểm địa chất, NCS phân các mỏ titan sa khoáng ven biển Việt Nam thành 2 nhóm như sau: - Nhóm 1- Các mỏ titan sa khoáng phân bố trong các trầm tích tuổi Holocen muộn: tập trung chủ yếu trong tầng cát xám khu vực từ Thanh Hóa tới Phú Yên (gồm các mỏ Kỳ Khang, Cẩm Xuyên, Sen Thủy, Đồng Luật, Vĩnh Tú, Hải Khê, Gio Linh, Quảng Ngạn, Phú Diễn, Mỹ Thành 1, Mỹ Thành 2, Mỹ Thành 3, Mỹ An và Nam Đề Gi); - Nhóm 2 - Các mỏ titan sa khoáng phân bố trong trầm tích tuổi Pleistocen: tập trung chủ yếu trong tầng cát xám và cát đỏ khu vực từ Ninh Thuận tới Bình Thuận (gồm các mỏ Từ Hóa - Từ Thiện, Sơn Hải, Thiện Ái 2, Thiện Ái, Vũng Môn, Long Sơn - Suối Nước 1, Long Sơn - Suối Nước 2, Mũi Đá và Nam Suối Nhum). 2. Theo đặc điểm ĐCTV, NCS phân loại các mỏ titan sa khoáng ven biển Việt Nam thành 2 nhóm: - Nhóm 1 - Các mỏ nằm trong khu vực có điều kiện ĐCTV thuận lợi, bao gồm: Kỳ Khang, Cẩm Xuyên, Sen Thủy, Đồng Luật, Vĩnh Tú, Hải Khê, Gio Linh, Quảng Ngạn, Phú Diễn, Mỹ
13. 11 Thành 1, Mỹ Thành 2, Mỹ Thành 3, Mỹ An và Nam Đề Gi; - Nhóm 2 - Các mỏ nằm trong khu vực có điều kiện ĐCTV không thuận lợi, bao gồm: Từ Hóa - Từ Thiện, Sơn Hải, Thiện Ái 2, Thiện Ái, Vũng Môn, Long Sơn - Suối Nước 1, Long Sơn - Suối Nước 2, Mũi Đá và Nam Suối Nhum. 3. Theo quy mô của mỏ, NCS phân loại các mỏ titan sa khoáng ven biển Việt Nam thành 4 nhóm: - Nhóm 1 - Các mỏ quy mô lớn (1.500.00015.000.000 tấn quặng thô), bao gồm: Kỳ Khang, Từ Hóa - Từ Thiện, Sơn Hải, Long Sơn - Suối Nước 1 và Nam Suối Nhum; - Nhóm 2 - Các mỏ quy mô trung bình (150.0001.500.000 tấn quặng thô), bao gồm: Cẩm Xuyên, Sen Thủy, Hải Khê, Quảng Ngạn, Phú Diễn, Mỹ Thành 1, Mỹ Thành 2, Mỹ Thành 3, Mỹ An và Nam Đề Gi, Thiện Ái và Long Sơn - Suối Nước 2; - Nhóm 3 - Các mỏ quy mô nhỏ (75.000150.000 tấn quặng thô), bao gồm: Đồng Luật, Vĩnh Tú, Vũng Môn và Mũi Đá; - Nhóm 4 - Các điểm quặng (< 75.000 tấn quặng thô), bao gồm: Gio Linh và Thiện Ái 2. 4. Theo đặc điểm công nghệ, NCS phân loại các mỏ titan sa khoáng ven biển Việt Nam thành 3 nhóm sau: - Nhóm 1 - Các mỏ có thể sử dụng Sơ đồ 1 (Công nghệ khai thác dùng máy xúc khấu quặng, vận tải ô tô, tuyển vít xoắn, thải bằng bơm bùn), bao gồm: Nam Đề Gi, Từ Hóa - Từ Thiện, Sơn Hải, Thiện Ái 2, Thiện Ái, Vũng Môn, Long Sơn - Suối Nước 1, Long Sơn - Suối Nước 2, Mũi Đá và Nam Suối Nhum; - Nhóm 2 - Các mỏ có thể sử dụng Sơ đồ 3 (Công nghệ khai thác dùng súng bắn nước làm tơi quặng, hút và vận tải quặng bằng bơm bùn, tuyển vít xoắn, thải bằng bơm bùn), bao gồm: Kỳ Khang, Cẩm Xuyên, Sen Thủy, Đồng Luật, Vĩnh Tú, Hải Khê, Gio Linh, Quảng Ngạn, Phú Diễn, Mỹ Thành 1, Mỹ Thành 2, Mỹ Thành 3, Mỹ An, Nam Đề Gi, Từ Hóa - Từ Thiện, Sơn Hải, Thiện Ái 2, Thiện Ái, Vũng Môn, Long Sơn - Suối Nước 1, Long Sơn - Suối Nước 2, Mũi Đá và Nam Suối Nhum; - Nhóm 3 - Các mỏ có thể sử dụng Sơ đồ 5 (Công nghệ khai thác dùng bơm hút quặng trực tiếp, tuyển vít xoắn, thải bằng bơm bùn), bao gồm: Kỳ Khang, Cẩm Xuyên, Sen Thủy, Đồng Luật, Vĩnh Tú, Hải Khê, Gio Linh, Quảng Ngạn, Phú Diễn, Mỹ Thành 1, Mỹ Thành 2, Mỹ Thành 3, Mỹ An, Nam Đề Gi, Từ Hóa - Từ Thiện, Sơn Hải, Thiện Ái 2, Thiện Ái, Vũng Môn, Long Sơn - Suối Nước 1, Long Sơn - Suối Nước 2, Mũi Đá và Nam Suối Nhum. CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ KHAI THÁC PHÙ HỢP CHO CÁC MỎ TITAN SA KHOÁNG VEN BIỂN VIỆT NAM 3.1. CÁC TIÊU CHÍ ĐÁNH GIÁ CÔNG NGHỆ KHAI THÁC PHÙ HỢP CHO CÁC MỎ QUẶNG TITAN SA KHOÁNG VEN BIỂN VIỆT NAM Các tiêu chí đánh giá công nghệ khai thác phù hợp cho các mỏ quặng titan sa khoáng ven biển Việt Nam được NCS nghiên cứu, đề xuất bao gồm: (1) Sơ đồ công nghệ khai thác khả thi; (2) Trình tự khai thác hợp lý; (3) Đảm bảo lượng nước cần thiết ; (4) Đảm bảo ổn định bờ mỏ; (5) Phương án cải tạo và phục hồi môi trường thuận lợi và (6) Hiệu quả kinh tế cao. 3.1.1. Các sơ đồ công nghệ khai thác khả thi cho các mỏ quặng titan sa khoáng ven biển Việt Nam 3.1.1.1. Các sơ đồ công nghệ khai thác khả thi Như đã trình bày ở chương 2, công nghệ khai thác khả thi cho các mỏ titan sa khoáng ven biển Việt Nam gồm 3 sơ đồ: - Sơ đồ 1: Công nghệ khai thác dùng máy xúc khấu quặng, vận tải ô tô, tuyển vít xoắn, thải bằng bơm bùn; - Sơ đồ 3: Công nghệ khai thác dùng súng bắn nước làm tơi quặng, hút và vận tải quặng bằng bơm bùn, tuyển vít xoắn, thải bằng bơm bùn; - Sơ đồ 5: Công nghệ khai thác dùng bơm hút quặng trực tiếp, tuyển vít xoắn, thải bằng bơm bùn.
14. 12 3.1.1.2. Nghiên cứu hoàn thiện công nghệ khai thác của các sơ đồ 3 và 5 a. Đặc điểm bố trí thiết bị phụ thuộc vào chiều dày tầng khai thác Khi chiều dầy thân quặng lớn hơn 1 tầng, phải tiến hành khai thác xuống sâu. Để đảm bảo an toàn và hiệu quả cho quá trình hút của máy bơm, cần thiết sử dụng súng bắn nước để xử lý các tầng phía trên (Hình 3.1) Hình 3.1. Sơ đồ khai thác chiều dày thân quặng lớn hơn 1 tầng b. Công nghệ khai thác sử dụng thiết bị Tamaclon đối với các thân quặng titan sa khoáng có lẫn nhiều bùn sét NCS đề xuất hoàn thiện sơ đồ 3 và 5 với việc sử dụng thiết bị Tamaclon nhằm nâng cao chất lượng quặng thô thu được khi khai thác các thân quặng titan sa khoáng có lẫn nhiều bùn sét, cụ thể như sau: - Sơ đồ công nghệ đề xuất: Sơ đồ công nghệ khai thác khi bố trí thiết bị Tamaclon được thể hiện như trong Hình 3.2. Tamaclon là một thiết bị chuyên dụng của Nhật Bản sản xuất dùng để rửa tách các hạt bùn sét ra khỏi quặng titan. Sau khi qua Tamaclon sẽ thu được quặng thô titan sạch và hàm lượng khoáng vật nặng > 80%. Hình 3.2. Cấu tạo thiết bị Tamaclon 3.1.1.3. Tính toán các khâu công nghệ cơ bản trong các sơ đồ khả thi a. Khấu quặng bằng máy xúc thủy lực b. Khấu quặng bằng súng bắn nước c. Hố bơm bùn d. Cấp nước cho mỏ e. Kích thước moong khai thác f. Khai thác, vận chuyển và thải bằng bơm g. Thải cát bằng máy ủi 3.1.2. Xác định trình tự khai thác hợp lý cho các mỏ quặng titan sa khoáng ven biển Việt Nam 3.1.2.1. Mục đích của việc chia khoảnh khai thác Quá trình khai thác đến đâu hết đến đó (hay gọi là khai thác cuốn chiếu) nhất thiết phải tiến hành chia mỏ ra thành các khoảnh với mục đích khai thác triệt để khoáng sản và theo một trình tự nhất định. Việc tiến hành chia khoảnh khai thác là căn cứ xây dựng hệ thống khai thác và cũng như là căn cứ để tính toán các thông số kỹ thuật. 3.1.2.2. Các yếu tố ảnh hưởng tới việc chia khoảnh Việc khảo sát địa hình ban đầu là rất cần thiết cho việc chia khoảnh và trật tự tiến hành
15. 13 khai thác các khoảnh theo thời gian, hướng phát triển khai thác. Khoảnh khai thác được chia phụ thuộc vào một số yếu tố cơ bản sau: 1. Địa hình khu vực và các yếu tố xã hội - Đối với khu vực có dân cư diện khai thác phải đền bù lớn, khu vực có các công trình cần bảo vệ, việc lựa chọn khoảnh khai thác và hướng khai thác phù hợp là rất quan trọng trong giai đoạn đầu khi phải đầu tư vốn lớn (Hình 3.3). - Khi trong biên giới khai thác có sự chênh lệch địa hình lớn thì việc phân khoảnh khai thác là rất quan trọng và khoảnh khai thác đầu tiên thường bố trí ở khu vực cao nhất và sẽ được khai thác dần xuống các khoảnh ở vị trí thấp hơn (Hình 3.4). +30 +25 I +20 II +15 +10 +5 + 0 Hình 3.3. Khoảnh khai thác ban đầu phụ Hình 3.4. Trình tự khoảnh khai thác thuộc vào điều kiện xã hội được bố trí theo địa hình khu vực I, II, III, - Trình tự khoảnh khai thác 2. Diện tích khoảnh khai thác Sản lượng năm của mỏ hay số lượng thiết bị được bố trí trên các khoảnh khai thác là yếu tố quan trọng để xác định kích thước cũng như quy mô của một khoảnh khai thác. Có thể xác định kích thước một khoảnh khai thác với mối quan hệ với sản lượng mỏ theo công thức sau: 3 S = Am/H, m /năm (3.1) Trong đó: S - diện tích khoảnh khai thác trong 1 năm, m2/năm; H - chiều dày trung bình của lớp cát quặng đảm bảo cho hoạt động khai thác của mỏ được diễn ra thuận lợi, m; Am - sản lượng cát quặng hàng năm của mỏ, m3/năm. 3.1.2.3. Xác định trình tự khai thác các khoảnh Tùy thuộc vào sản lượng khai thác, điều kiện địa hình, đặc điểm hình thành thân quặng, yêu cầu thải cát và phục hồi môi trường, mà hướng khai thác của mỏ có thể được tiến hành lần lượt cho các khoảnh theo trục dài của mỏ, từ khoảnh đầu tiên cho tới khoảnh cuối cùng khi kết thúc mỏ. Hình 3.5. Hướng phát khai Hình 3.6. Hướng phát khai Hình 3.7. Phân khoảnh thác các khoảnh theo trục thác các khoảnh theo trục khai thác theo hình rẻ dài của mỏ ngang của mỏ quạt 3.1.3. Xác định lượng nước cần thiết cho khai thác các mỏ quặng titan sa khoáng ven biển Việt Nam 3.1.3.1. Xác định tốc độ thẩm thấu nước của quặng titan sa khoáng NCS tiến hành thí nghiệm xác định tốc độ thẩm thấu nước của quặng titan sa khoáng có hàm lượng sét khác nhau (5%, 10%, 15% và 20%) trong 2 trường hợp: (i) quặng khô và (ii) quặng ẩm (độ ẩm 0%, 15% và 30%). Mô hình thí nghiệm (Hình 3.8) được NCS thiết kế để triển khai thực nghiệm thực tế (Hình 3.9).
16. 14 Hình 3.8. Mô hình thí nghiệm xác định Hình 3.9. Thực nghiệm xác định tốc độ tốc độ thẩm thấu nước của quặng thẩm thấu nước của quặng Từ số liệu xây dựng được đồ thị thể hiện mối quan hệ giữa hàm lượng sét trong quặng với tốc độ thẩm thấu nước của quặng (Hình 3.17). Hình 3.10. Mối quan hệ giữa hàm lượng sét trong quặng với tốc độ thẩm thấu nước của quặng ở trạng thái khô và ẩm 15% 3.1.3.2. Xác định lượng nước cần thiết và tỷ lệ thu hồi nước khi khai thác Trong khai thác dùng công nghệ khai thác khô hay công nghệ khai thác ướt đều phải sử dụng nước để biến quặng titan sa khoáng thành dòng bùn quặng để vận chuyển chúng tới bè tuyển vít xoắn. Lượng nước cần thiết trong năm của mỏ titan sa khoáng ven biển Việt Nam đảm bảo sản lượng khai thác yêu cầu có thể được xác định theo công thức sau: 3 Q = Aq.q.[1+(100% - Kth)], m /năm (3.2) 3 Trong đó: Aq - sản lượng cát quặng khai thác trong 1 năm, m /năm; q - chỉ tiêu tiêu hao 3 3 nước khi khai thác, m /m ; Kth - tỷ lệ thu hồi nước, %. Theo điều kiện khai thác, thực tế thu hồi nước tại các mỏ khác nhau theo mùa. Trong mùa mưa, có thể thu hồi tới 80÷90% lượng nước dùng trong khai thác, còn mùa khô chỉ thu hồi được 40÷50%. NCS đã tiến hành thí nghiệm để xác định tỷ lệ thu hồi nước của quặng titan với hàm lượng sét 5%, 10%, 15% và 20% ở trạng thái khô (độ ẩm 0%) và trạng thái ẩm (độ ẩm 15% và 30%). Các kết quả thí nghiệm được trình bày trong. Từ các bảng trên, nhận thấy: tỷ lệ thu hồi nước sẽ tăng lên khi độ ẩm trong quặng tăng từ 0% đến 30%. Hàm lượng sét trong quặng càng cao thì tỷ lệ thu hồi nước trong quặng càng tăng, do nước đã bão hòa trong sét. Mối quan hệ giữa tỷ lệ thu hồi nước của quặng có hàm lượng sét thay đổi (5%, 10%, 15% và 20%) với sự thay đổi độ ẩm của quặng (0%, 15%, 30%) được thể hiện qua các Hình 3.11-3.14. Hình 3.11. Mối quan hệ giữa tỷ lệ thu Hình 3.12. Mối quan hệ giữa tỷ lệ thu hồi nước của quặng có hàm lượng sét hồi nước của quặng có hàm lượng sét 5% với sự thay đổi độ ẩm của quặng 10% với sự thay đổi độ ẩm của quặng (0%, 15%, 30%) (0%, 15%, 30%)
17. 15 Hình 3.13. Mối quan hệ giữa tỷ lệ thu hồi nước Hình 3.14.Mối quan hệ giữa tỷ lệ thu hồi nước của quặng có hàm lượng sét 15% với sự thay của quặng có hàm lượng sét 20% với sự thay đổi độ ẩm của quặng (0%, 15%, 30%) đổi độ ẩm của quặng (0%, 15%, 30%) 3.1.3.3. Xác định chỉ tiêu tiêu hao nước của các sơ đồ công nghệ khai thác titan sa khoáng ven biển Việt Nam Trong các sơ đồ công nghệ khai thác khả thi cho các mỏ quặng titan sa khoáng ven biển Việt Nam, chỉ trừ khâu khai thác trong sơ đồ 1 (dùng đồng bộ máy xúc - ô tô) là không phải sử dụng đến nước, các khâu còn lại của sơ đồ này (tuyển thô, thải cát) và tất cả các khâu của sơ đồ 3 và 5, đều phải dùng đến sức nước. Khối lượng nước cần thiết để duy trì các hoạt động của mỏ phụ thuộc vào nhiều yếu tố như hàm lượng sét có trong quặng, độ ẩm của quặng, tỷ lệ thu hồi nước trong quá trình khai thác, sản lượng của mỏ, Từ thực tế sử dụng nước hiện nay tại các mỏ titan sa khoáng ven biển Việt Nam, NCS đã thống kê, nội suy và xác định được chỉ tiêu tiêu hao nước thực tế của các mỏ. Qua đó xác định được chỉ tiêu tiêu hao nước trung bình (q) cho các sơ đồ công nghệ 1, 3 và 5 khi khai thác các mỏ titan sa khoáng 3 3 3 3 3 3 ven biển Việt Nam tương ứng là q1 = 1,35 m /m , q3 = 1,63 m /m và q5 = 1,94 m /m . 3.1.4. Đánh giá ổn định bờ mỏ cho các mỏ quặng titan sa khoáng ven biển Việt Nam 3.1.4.1. Phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến độ ổn định bờ mỏ Khoáng sản titan sa khoáng ven biển Việt Nam nằm trong tầng cát có độ bền yếu, chiều cao bờ mỏ lớn nên khi khai thác nguy cơ xảy ra trượt lở rất cao. Những nhân tố làm tăng ứng suất gây trượt hoặc làm giảm độ bền cắt bao gồm: trạng thái ứng suất, mực nước ngầm, thông số hình học bờ mỏ và phương pháp khai thác. 3.1.4.2. Nghiên cứu mối quan hệ giữa hệ số ổn định bờ mỏ với góc dốc bờ mỏ của các mỏ titan sa khoáng ven biển Việt Nam NCS sử dụng phần mềm Slope/W của hãng Geoslope trợ giúp trong việc xác định độ ổn định bờ mỏ. Từ sự thay đổi góc dốc bờ mỏ, NCS xác định được các giá trị độ ổn định tương ứng, được thể hiện cụ thể trong Bảng 3.1. Mối quan hệ giữa mức độ ổn định bờ mỏ và góc dốc bờ mỏ được xây dựng thể hiện cụ thể qua đồ thị Hình 3.16. Từ các điểm rời rạc giữa hệ số ổn định và góc ổn định bờ mỏ, sử dụng phương pháp hồi quy, NCS xây dựng được phương trình  = 20.99 -84 với R2 = 0.998 (trong đó  - hệ số ổn định bờ mỏ, - góc dốc bờ mỏ, độ). Hình 3.15. Đánh giá độ ổn định bờ mỏ Hình 3.16. Mối quan hệ giữa hệ số ổn và mặt trượt yếu với góc bờ mỏ 290 định bờ mỏ và góc dốc bờ mỏ
18. 16 Bảng 3.1. Sự thay đổi độ ổn định phụ thuộc vào góc dốc bờ mỏ Góc dốc bờ mỏ, độ 25 27 29 31 33 Hệ số ổn định 1.382 1.303 1.23 1.153 1.096 3.1.4.3. Nghiên cứu xác định góc dốc sườn tầng ổn định của quặng trong các mỏ titan sa khoáng ven biển Việt Nam Để xác định góc ổn định của quặng trong các mỏ titan sa khoáng ven biển Việt Nam khi có hàm lượng sét thay đổi, NCS triển khai thí nghiệm với mô hình tương đương (1cm trong thí nghiệm tương đương 1 m ngoài thực tế) như sau: - Quặng titan sa khoáng ven biển làm thí nghiệm: là hỗn hợp gồm cát khô, sét khô và KVN (Hình 3.25), được phối trộn theo các tỷ lệ khác nhau tương ứng với hàm lượng sét trong quặng là 5%, 10%, 15% và 20% (Bảng 3.2); (a) - Cát (b) - Sét (c) - KVN Hình 3.17. Chuẩn bị các vật liệu phục vụ thí nghiệm Bảng 3.2. Bảng chuẩn bị khối lượng mẫu với hàm lượng sét khác nhau Khối Khối Khối Khối Tên vật Tổng KL lượng sét lượng sét lượng sét lượng sét liệu mẫu, kg 5%, kg 10%, kg 15%, kg 20%, kg Cát 11.28 10.68 10.08 9.48 41.52 Sét 0.6 1.2 1.8 2.4 6 KVN 0.12 0.12 0.12 0.12 0.48 Tổng 12 12 12 12 48 - Cho hỗn hợp quặng titan sa khoáng vào mô hình thí nghiệm được NCS thiết kế (Hình 3.18). Hỗn hợp mẫu quặng được tiến hành thí nghiệm với các thông số hình học khác nhau trong khối. Chiều cao tầng H thay đổi với các giá trị 10 cm và 20 cm. Chiều rộng mặt tầng B thay đổi với các giá trị 30 cm, 40 cm và 50 cm (Hình 3.19). Cho khối quặng đổ tự nhiên và đo các thông số (Hình 3.20): + Góc sườn tầng ổn định của tầng quặng: α, độ + Khoảng cách nằm ngang từ chân tầng tới mép trên sườn tầng: Lα, cm + Khoảng cách nằm ngang từ mép trên sườn tầng tới vị trí mới của tầng khi chuyển về trạng thái tự nhiên: Ltn, cm. Hình 3.18. Mô hình được thiết kế để Hình 3.19. Mô hình thí nghiệm cho mẫu phục vụ thí nghiệm khi H = 10 cm, B = 30 cm
19. 17 Hình 3.20. Các thông số cần xác định Hình 3.21. Trình tự khai thác, thải và trong thí nghiệm hoàn thổ (theo khảnh) cho các mỏ titan sa khoáng ven biển Việt Nam (1)-(4)- khoảnh khai thác đã được hoàn thổ; (5)-khoảnh thải cát; (6)- khoảnh đang khai thác;(7)-(9)- các khoảnh sẽ khai thác tiếp. Từ các kết quả thí nghiệm trên, NCS rút ra một số nhận xét sau: 1. Với chiều cao tầng H = 10 cm và H = 20 cm, góc sườn tầng ổn định (lớn nhất) α trong 2 trường hợp này, khi quặng có độ ẩm và hàm lượng sét khác nhau, thường có giá trị khá tương đồng. 2. Khi quặng ở trạng thái khô (độ ẩm 0%), góc dốc sườn tầng ổn định α tỷ lệ nghịch với hàm lượng sét trong quặng. 3. Khi quặng ẩm (15% và 30%), góc dốc sườn tầng ổn định α tỷ lệ thuận với hàm lượng sét trong quặng. Góc α trong trường hợp quặng ẩm 30% có giá trị cao hơn khi quặng ẩm 15%. 4. Để đảm bảo an toàn và ổn định bờ mỏ, chiều rộng mặt tầng an toàn (đai an toàn) trên các tầng phải thỏa mãn ≥ 0,2.H [3], như vậy khi chiều cao tầng H = 10 cm phải thỏa mãn Bm ≥ 2 cm và khi H = 20 cm, Bm ≥ 4 cm. 3.1.5. Xác định phương án cải tạo và phục hồi môi trường các mỏ quặng titan sa khoáng ven biển Việt Nam Cát thải trong các sơ đồ khai thác được bơm vào khu vực đã khai thác thành đống và sau đó sẽ được san gạt phẳng để trồng cây và phục hồi môi trường (Hình 3.21). Xác định được chi phí cải tạo, phục hồi môi trường trung bình cho các mỏ titan sa khoáng ven biển Việt Nam là 45,5 triệu đ/ha bãi thải cát. 3.1.6. Hiệu quả kinh tế khai thác các mỏ quặng titan sa khoáng ven biển Việt Nam Hiệu quả kinh tế là tiêu chí mang ý nghĩa như điều kiện “đủ” để đánh giá và lựa chọn sơ đồ công nghệ khai thác phù hợp cho các mỏ quặng titan sa khoáng ven biển Việt Nam. Có nhiều phương pháp đánh giá hiệu quả kinh tế, tuy nhiên trong phạm vi luận án, NCS lựa chọn phương pháp dùng các chỉ tiêu kinh tế cơ bản mang tính khái toán để đánh giá hiệu quả kinh tế của mỏ cho mỗi phương án sơ đồ công nghệ khai thác cụ thể: 1. Tổng chi phí đầu tư cơ bản (Zcb): 2. Tổng chi phí sản xuất hàng năm (Zsx): 3. Doanh thu (D): 4. Lợi nhuận trước thuế (Lg): 5. Lợi nhuận ròng (Lr): 6. Hệ số hiệu quả vốn đầu tư (E) 3.2. XÂY DỰNG SƠ ĐỒ KHỐI XÁC ĐỊNH CÔNG NGHỆ KHAI THÁC PHÙ HỢP CHO CÁC MỎ QUẶNG TITAN SA KHOÁNG VEN BIỂN VIỆT NAM 3.2.1. Xây dựng sơ đồ khối xác định công nghệ khai thác phù hợp cho các mỏ quặng titan sa khoáng ven biển Việt Nam Dựa trên 6 tiêu chí đánh giá công nghệ khai thác cho các mỏ quặng titan sa khoáng ven
20. 18 biển Việt Nam NCS đã đề xuất ở trên, trình tự lựa chọn sơ công nghệ khai thác phù hợp cho các mỏ này được thực hiện như sau: 1. Kiểm tra các sơ đồ công nghệ khai thác khả thi; 2. Chọn trình tự khai thác cho mỏ; 3. Kiểm tra lượng nước cần thiết cho mỏ; 4. Kiểm tra điều kiện ổn định bờ mỏ; 5. Chọn phương án cải tạo, phục hồi môi trường cho mỏ; 6. Kiểm tra hiệu quả kinh tế của mỏ. Sơ đồ khối mô tả trình tự lựa chọn công nghệ ở trên thể hiện trong Hình 3.34. 3.2.2. Xây dựng chương trình máy tính xác định công nghệ khai thác phù hợp cho các mỏ quặng titan sa khoáng ven biển Việt Nam Từ sơ đồ khối trên, NCS xây dựng chương trình máy tính để hỗ trợ quá trình tính toán và lựa chọn công nghệ khai thác phù hợp cho các mỏ quặng titan sa khoáng ven biển Việt Nam. Chương trình này có giao diện và các module tính toán như trong các Hình 3.35-3.39. Hình 3.22. Sơ đồ khối xác định công nghệ khai thác phù hợp cho các mỏ quặng titan sa khoáng ven biển Việt Nam
21. 19 Hình 3.22. Giao diện Hình 3.23. Minh họa Hình 3.24. Minh họa phần mềm module nhập dữ liệu module tính toán Hình 3.25. Minh họa module in kết quả Hình 3.26. Minh họa module hướng dẫn sử dụng 3.3. KẾT LUẬN CHƯƠNG Từ các nội dung đã trình bày ở trên, NCS có một số kết luận sau: 1. Các tiêu chí NCS đề xuất bao gồm: sơ đồ công nghệ khai thác khả thi; trình tự khai thác hợp lý; đảm bảo lượng nước cần thiết; đảm bảo ổn định bờ mỏ; phương án cải tạo và phục hồi môi trường thuận lợi và hiệu quả kinh tế cao là những cơ sở quan trọng để đánh giá và lựa chọn công nghệ khai thác phù hợp cho các mỏ titan sa khoáng ven biển Việt Nam. 2. Trong sơ đồ công nghệ 3 và 5, khi khai thác các thân quặng chứa nhiều sét, khi sử dụng thiết bị Tamaclon trong các sơ đồ công nghệ này cho phép nâng cao hiệu quả khai thác, tang được tỷ lệ thực thu titan và tiết kiệm nước. 3. Để tính được lượng nước cần thiết cho các sơ đồ công nghệ, cần xác định được chỉ tiêu tiêu hao nước và tỷ lệ thu hồi nước trên cơ sở xem xét điều kiện cụ thể của từng sơ đồ, cũng như độ ẩm và hàm lượng sét trong quặng. 4. Để đánh giá độ ổn định bờ mỏ và tầng khai thác, cần xem xét các yếu tố tổng hợp về điều kiện tự nhiên, địa chất, ĐCTV, hàm lượng sét và trạng thái của cát quặng. Với các điều kiện cụ thể, sẽ xác định được giá trị góc nghiêng bờ mỏ và góc dốc sườn tầng ổn định lớn nhất cho các tầng khai thác. 5. Phương án cải tạo, phục hồi môi trường cho các sơ đồ công nghệ khai thác của các mỏ titan sa khoáng ven biển Việt Nam đều bao gồm các công việc: san gạt bãi cát thải bằng phẳng đến cao độ tự nhiên của khu vực, sau đó tiến hành lựa chọn loại cây phù hợp và trồng với mật độ theo quy định để phục hồi môi trường khu vực mỏ sau khai thác. 6. Hiệu quả kinh tế chính là điều kiện “đủ” trong số các tiêu chí để đánh giá và lựa chọn công nghệ khai thác hợp lý cho các mỏ titan sa khoáng ven biển. Phương pháp đánh giá hiệu qủa kinh tế phù hợp được sử dụng cho các mỏ titan sa khoáng ven biển Việt Nam là hệ số hiệu quả vốn đầu tư tương ứng với các sơ đồ công nghệ khai thác của mỏ.
22. 20 CHƯƠNG 4 ÁP DỤNG THỬ NGHIỆM CHO MỎ TITAN SA KHOÁNG NAM SUỐI NHUM, TỈNH BÌNH THUẬN 4.1. CÁC THÔNG TIN CỦA MỎ NAM SUỐI NHUM Mỏ titan sa khoáng Nam Suối Nhum thuộc xã Thuận Quý và xã Tân Thành, huyện Hàm Thuận Nam, tỉnh Bình Thuận. Tổng diện tích khu vực mỏ được cấp phép khai thác là: 514,4 ha; chiều dài lớn nhất: 5.180 m; chiều rộng lớn nhất: 2.240; cốt cao đáy mỏ: +5 m ÷ +50 m. 4.1.1. Đặc điểm địa chất mỏ 4.1.1.1. Địa tầng Địa tầng theo thứ tự từ dưới lên trên như sau: Hệ Đệ Tứ - Thống Holocen - Trầm tích biển gió (mvQ2): chiều dày của các thành tạo trầm tích biển gió thay đổi từ 2÷50 m. Hệ Đệ Tứ - Thống Holocen - Trầm tích sông (aQ2): chiều dày 1÷3 m.Hệ Đệ Tứ - Thống Holocen - Trầm tích biển (mQ2): chiều dày 1÷4 m. 4.1.1.2. Magma xâm nhập Magma xâm nhập trong khu vực thăm dò chỉ lộ ra các đá thuộc pha 2 của phức hệ Đèo Cả, với diện lộ khoảng 2 km2 ở trung tâm và phía đông khu vực thăm dò. Thành phần thạch học gồm: granosyenit, granit bitotit, granit biotit có hornbled hạt trung, màu trắng xám. 4.1.2. Đặc điểm địa chất thủy văn 4.1.2.1. Đặc điểm nước mặt Trong khu vực thăm dò không có sông suối lớn, nước mặt tồn tại chủ yếu vào mùa mưa trong các ao, hồ nước nhỏ và các điểm lộ nước. 4.1.2.2. Đặc điểm nước dưới đất a. Tầng chứa nước Holocen (qh) Tầng chứa nước Holocen (qh) có mức độ chứa nước từ nghèo đến tương đối giàu nước, thuộc thành tạo biển gió tuổi Holocen (mvQ2). Theo cột địa tầng tại các lỗ khoan nghiên cứu địa chất thủy văn và tài liêu hút nước thí nghiệm cho thấy bề dày tầng chứa nước từ 1,1÷12,0 m, mực nước tĩnh thay đổi phụ thuộc vào độ cao địa hình từ 1,0÷19,5 m, lưu lượng từ 0,092÷2,23 l/s. b. Tầng chứa nước Pleistocen (qp) Tầng chứa nước Pleistocen phân bố hầu hết trên toàn diện tích thăm dò, thuộc thành tạo trầm tích biển (mQ1pt), có mức độ chứa nước từ nghèo đến trung bình. Tùy thuộc vào bề mặt địa hình, có thể gặp các tầng chứa nước tại độ sâu 2,7÷36,0 m; chiều dày tầng chứa nước 2÷52 m, mực nước tĩnh 13÷19 m, lưu lượng 0,10÷0,34 l/s. 4.1.3. Đặc điểm địa chất công trình Tham gia vào cấu trúc địa chất khu vùc thăm dò là sự có mặt của các thành tạo trầm tích bở rời hệ Đệ tứ thống Holocen và thống Pleistocen. 4.1.3.1. Thống Pleistocen - Hệ tầng Phan Thiết (mQ1pt) 4.1.3.2. Thống Holocen - trầm tích biển gió (mvQ2) 4.1.4. Các thông tin khác của mỏ Nam Suối Nhum Mỏ titan sa khoáng Nam Suối Nhum thuộc xã Tân Thành, huyện Hàm Thuận Nam, tỉnh Bình Thuận, có các thông tin sau: - Khoáng sàng phân bố trên các tầng trầm tích biển Peistocen; - Chiều dày thân quặng: 78 m; - Quặng có hàm lượng sét: 14÷16%; - Mỏ nằm trong khu vực có điều kiện ĐCTV không thuận lợi; - Mỏ có trữ lượng 2.343.159 tấn quặng (tương đương 142.170.224 m3 cát quặng), thuộc mỏ có quy mô lớn (QL);
23. 21 - Diện tích mỏ được cấp: 514,4 ha, được khai thác với khoảnh hình rẻ quạt; - Sản lượng mỏ (cát quặng nguyên khai): 117.345 t/năm (quặng thô), tương đương 7.110.000 m3/năm (cát quặng); - Thời gian tồn tại của mỏ: 23 năm; số ngày làm việc trong năm: 300 ngày; số ca làm việc trong ngày: 2 ca; số giờ làm việc trong ca: 8 giờ. 4.2. KẾT QUẢ 4.2.1. Sơ đồ công nghệ khai thác Với các thông tin trên, kết quả chạy phần mềm cho thấy: mỏ Nam Suối Nhum có thể khai thác với các sơ đồ công nghệ 1, 3 và 5. 4.2.1.1. Sơ đồ công nghệ 1 Chiều cao tầng H1 = 10 m; Chiều rộng mặt tầng B1 = 40 m; Số tầng khai thác n1 = 8; Thiết bị sử dụng: Bảng 4.4; Sơ đồ công nghệ: Hình 4.1. 4.2.1.2. Sơ đồ công nghệ 3 Chiều cao tầng H3 = 10 m; Chiều rộng mặt tầng B3 = 40 m; Số tầng khai thác n1 = 8; Thiết bị sử dụng: Bảng 4.5; Sơ đồ công nghệ: Hình 4.2. A-A 9 1 2 1 2 Hu?ng khai thác 4 11 1 2 1 2 6 10 9 7 3 4 5 8 11 12 A A 9 7 3 4 5 8 11 12 Hình 4.1. Sơ đồ công nghệ khai thác Hình 4.2. Sơ đồ công nghệ khai thác 3 1 1- hố thu bùn quặng; 2- súng bắn nước; 3- 1- MXTLGN; 2- ô tô; 3- hố thu bùn bơm bùn; 4- rãnh thu bùn quặng; 5- tuyến quặng; 4- bơm bùn; 5- đường ống vận đường ống vận tải bùn quặng; 6 - hố thu tải bùn quặng; 6- đê chắn chân bãi nước; 7- vít xoắn; 8- tuyến đường ống thải thải; 7- vít xoắn; 8- tuyến đường ống cát; 9- đê chắn chân bãi thải; 10- thiết bị thải thải cát; 9- thiết bị thải cát; 10- rãnh cát; 11- máy ủi; 12- trạm bơm và tuyến đường thu nước; 11- hố thu nước; 12- máy ủi ống cấp nước cho súng bắn nước; 13- rãnh thu nước 4.2.1.3. Sơ đồ công nghệ 5 - Chiều cao tầng H5 = 10 m; Chiều rộng mặt tầng B5 = 40 m; Số tầng khai thác n1 = 8; Thiết bị sử dụng: Bảng 4.6; Sơ đồ công nghệ: Hình 4.3.
24. 22 Hình 4.3. Sơ đồ công nghệ khai thác 5 4.2.2. Trình tự khai thác Với các thông tin thực tế cho thấy: mỏ Nam Suối Nhum có trình tự khai thác theo các khoảnh rẻ quạt với cả 3 sơ đồ công nghệ 1, 3 và 5 là phù hợp (Hình 4.4). 4.2.3. Lượng nước cần thiết Với các thông tin cụ thể của mỏ Nam Suối Nhum như chỉ tiêu tiêu hao nước, tỷ lệ thu hồi nước, kết quả chạy phần mềm xác định được lượng nước cần thiết hàng năm tương ứng của 3 sơ đồ công nghệ 1, 3 và 5 như sau: 4.2.3.1. Sơ đồ công nghệ 1 3 3 - Chỉ tiêu tiêu hao nước q1 = 1,35 m /m ; - Tỷ lệ thu hồi nước Kth1 = 75 %; 3 - Lượng nước cần thiết Q1 = 11.998.125 m /năm. 4.2.3.2. Sơ đồ công nghệ 3 3 3 - Chỉ tiêu tiêu hao nước q3 = 1,63 m /m ; - Tỷ lệ thu hồi nước Kth3 = 70 %; 3 - Lượng nước cần thiết Q3 = 15.066.090 m /năm. 4.2.3.3. Sơ đồ công nghệ 5 3 Thực tế, sơ đồ công nghệ 5 chỉ sử dụng 12,5%.Q5 (trong đó Q5=15.493.223 m /năm) và 3 87,5%.Q3, do đó tính được tổng lượng nước cần thiết của sơ đồ này bằng 15.493.223 m /năm. Do lượng nước thực tế hàng năm của mỏ Nam Suối Nhum chỉ đáp ứng được Qo=15.181.800 m3/năm, cho nên sơ đồ công nghệ 5 bị loại vì không phù hợp với điều kiện tự nhiên của mỏ Nam Suối Nhum. 4.2.4. Ổn định bờ mỏ Với các thông tin cụ thể của mỏ Nam Suối Nhum, kết quả chạy phần mềm xác định được các thông số ổn định bờ mỏ của 2 sơ đồ công nghệ 1 và 3 như sau: 4.2.4.1. Sơ đồ công nghệ 1 o - Góc dốc sườn tầng α1 = 34 ; o - Góc nghiêng bờ mỏ β1 = 29 . 4.2.4.2. Sơ đồ công nghệ 3 o - Góc dốc sườn tầng α3 = 34 ; o - Góc nghiêng bờ mỏ β3 = 31 . Do góc dốc sườn tầng α và góc nghiêng bờ mỏ β bị ràng buộc bởi điều kiện cụ thể của trạng thái thân quặng, cộng với chiều cao tầng H không thay đổi, sẽ làm thay đổi chiều rộng
25. 23 mặt tầng B. Kiểm tra chiều rộng mặt tầng an toàn của sơ đồ công nghệ 1 và 3 theo công thức sau: n.H.(1- cotg .tg ) Bm = , m (4.1) (n -1).tg Trong đó: n - số tầng khai thác, n = 8; H - chiều cao tầng khai thác, H = 10m; α - góc dốc o o sườn tầng ổn định (sơ đồ công nghệ 1, α1 = 34 ; sơ đồ công nghệ 3, α3= 34 ); β – góc dốc bờ o o mỏ (sơ đồ công nghệ 1, β1 = 29 ; sơ đồ công nghệ 3, β3 = 31 ). Thay số, tính được chiều rộng mặt tầng an toàn thực tế đối với các sơ đồ công nghệ 1 và 3 như sau: - Sơ đồ công nghệ 1: Bm1 = 3,7 m - Sơ đồ công nghệ 3: Bm3 = 2,1 m Khi kiểm tra chiều rộng mặt tầng an toàn thực tế của các sơ đồ công nghệ 1 (Bm1 = 3,7 m) và sơ đồ công nghệ 3 (Bm3 = 2,1 m) so với giá trị chiều rộng mặt tầng an toàn tối thiểu là 2 m khi kết thúc khai thác (phải thỏa mãn ≥ 0,2 H), nhận thấy: do Bm1 và Bm3 đều ≥ 2 m, cho nên sơ đồ công nghệ 1 và 3 đều đáp ứng được điều kiện ổn định bờ mỏ khi kết thúc khai thác. 4.2.5. Cải tạo, phục hồi môi trường Cả 2 sơ đồ công nghệ 1 và 3 đều sử dụng phương án cải tạo phục hồi môi trường, đó là sử dụng máy ủi san gạt đống cát thải và trồng cây phục hồi môi trường. Tổng chi phí cho công tác cải tạo phục hồi môi trường (M) cho cả đời mỏ được xác định như sau: M = S.c, đ. Trong đó: S - diện tích cải tạo, phục hồi môi trường, S = 514,4 ha; c- chi phí cải tạo phục hồi môi trường đơn vị, c = 45,5 triệu đ/ha. Thay số có M = 23.405.200.000 đ. 4.2.6. Hiệu quả kinh tế Với các thông tin cụ thể của mỏ Nam Suối Nhum, kết quả chạy phần mềm xác định hiệu quả kinh tế của 2 sơ đồ công nghệ 1 và 3, bao gồm các chỉ tiêu kinh tế cơ bản như sau: 4.2.6.1. Sơ đồ công nghệ 1 - Tổng vốn đầu tư Zcb1 = 185.045.273.000 đ; - Tổng chi phí Zsx1 = 323.213.016.500 đ; - Doanh thu D1 = 352.035.000.000 đ/năm. - Lãi trước thuế Lg1 = 29.108.807.500 đ; - Lãi ròng Lr1 = 21.831.605.625 đ; - Hệ số hiệu quả vốn đầu tư E1 = 0.11. 4.2.3.2. Sơ đồ công nghệ 3 - Tổng vốn đầu tư Zcb3 = 79.608.069.986 đ; - Tổng chi phí Zsx3 = 202.425.848.198 đ; - Doanh thu D3 = 352.035.000.000 đ/năm. - Lãi trước thuế Lg3 = 149.609.151.802 đ; - Lãi ròng Lr3 = 112.206.863.852 đ; - Hệ số hiệu quả vốn đầu tư E3 = 1.41 Do E3 > E1 > 0, do đó sơ đồ 3 chính là công nghệ khai thác phù hợp cho mỏ Nam Suối Nhum. 4.3. KẾT LUẬN CHƯƠNG Qua quá trình tính toán thử nghiệm cho mỏ titan sa khoáng ven biển Nam Suối Nhum thuộc xã Thuận Quý và xã Tân Thành, huyện Hàm Thuận Nam, tỉnh Bình Thuận, NCS rút ra kết luận sau: - Do mỏ Nam Suối Nhum nằm trong khu vực có điều kiện ĐCTV không thuận lợi, do đó chỉ có sơ đồ công nghệ 1 và 3 là phù hợp với điều kiện của mỏ. Sơ đồ công nghệ 5 không 3 được lựa chọn vì có lượng nước cần thiết (Q5 = 15.493.223 m /năm) lớn hơn lượng nước mà 3 điều kiện tự nhiên của khu vực có thể cung cấp được (Qo = 15.181.800 m /năm). - Sơ đồ công nghệ 1 và 3 đều đảm bảo điều kiện ổn định bờ mỏ và yêu cầu cải tạo, phục
26. 24 hồi môi trường mỏ. Tuy nhiên, do sơ đồ công nghệ 3 có hệ số hiệu quả vốn đầu tư (E3 = 1,41) lớn hơn hệ số hiệu quả vốn đầu tư của sơ đồ công nghệ 1 (E1 = 0,11), cho nên sơ đồ công nghệ 3 “Công nghệ khai thác dùng súng bắn nước làm tơi quặng, hút và vận tải quặng bằng bơm bùn, tuyển vít xoắn, thải bằng bơm bùn” là công nghệ khai thác phù hợp cho mỏ titan sa khoáng Nam Suối Nhum. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ I. KẾT LUẬN - Việt Nam có tiềm năng lớn về titan sa khoáng ven biển Việt Nam trải dài từ Thanh Hóa đến Bình Thuận, với tổng trữ lượng đạt gần 650 triệu tấn, có giá trị kinh tế cao, cần được khai thác và chế biến với quy mô công nghiệp phục vụ cho sự phát triển kinh tế của đất nước. - Hiện tại, hiệu quả khai thác của các mỏ titan sa khoáng ven biển Việt Nam chưa cao vì chưa lựa chọn được công nghệ khai thác phù hợp với điều kiện cụ thể của mỏ. - Để làm rõ và phân loại được các mỏ titan sa khoáng ven biển Việt Nam, phục vụ cho việc nghiên cứu và lựa chọn công khai thác thác phù hợp, cần dựa vào các đặc điểm về: + Địa chất: bao gồm các mỏ có tuổi Holocen và Pleistocen; + Địa chất thủy văn: bao gồm các mỏ có điều kiện ĐCTV thuận lợi và không thuận lợi; + Quy mô của mỏ: bao gồm các mỏ có quy mô lớn, trung bình nhỏ và điểm mỏ; + Công nghệ khai thác: bao gồm 9 sơ đồ công nghệ khai thác, tuy nhiên chỉ có 3 sơ đồ công nghệ khai thác khả thi, đó là các sơ đồ 1 (Công nghệ khai thác dùng máy xúc khấu quặng, vận tải ô tô, tuyển vít xoắn, thải bằng bơm bùn), 3 (Công nghệ khai thác dùng súng bắn nước làm tơi quặng, hút và vận tải quặng bằng bơm bùn, tuyển vít xoắn, thải bằng bơm bùn) và 5 (Công nghệ khai thác dùng bơm hút quặng trực tiếp, tuyển vít xoắn, thải bằng bơm bùn). - Để lựa chọn công nghệ khai thác phù hợp cho các mỏ titan sa khoáng ven biển Việt Nam, cần thiết xem xét 6 tiêu chí, theo trình tự sau: (1) sơ đồ công nghệ khai thác khả thi; (2) trình tự khai thác hợp lý; (3) đảm bảo lượng nước cần thiết; (4) đảm bảo ổn định bờ mỏ; (5) phương án cải tạo và phục hồi môi trường thuận lợi; (6) hiệu quả kinh tế cao. Trong đó, 5 tiêu chí đầu được gọi là nhóm các tiêu chí “cần” và tiêu chí 6 là tiêu chí “đủ”. Sơ đồ công nghệ phù hợp, được lựa chọn cho các mỏ titan sa khoáng ven biển Việt Nam phải thỏa mãn cả các tiêu chí “cần” và “đủ”. - Sơ đồ khối lựa chọn công nghệ khai thác phù hợp cho các mỏ titan sa khoáng ven biển Việt Nam và giao diện phần mềm tính toán đề xuất, cho phép phát triển thành phần mềm thương mại, phục vụ có hiệu quả cho các mỏ titan sa khoáng đang và sẽ khai thác. - Tính toán áp dụng thử nghiệm cho điều kiện tự nhiên, kỹ thuật và kinh tế cho mỏ titan sa khoáng Nam Suối Nhum, tỉnh Bình Thuận cho thấy: sơ đồ công nghệ khai thác dùng súng bắn nước làm tơi quặng, hút và vận tải quặng bằng bơm bùn, tuyển vít xoắn, thải bằng bơm bùn, là công nghệ phù hợp cho mỏ này. II. KIẾN NGHỊ - Các mỏ titan sa khoáng ven biển Việt Nam có thể sử dụng các nội dung nghiên cứu của luận án để lựa chọn và hoàn thiện sơ đồ công nghệ khai thác đang sử dụng. - Các cơ quan quản lý nhà nước cần có giải pháp quản lý chặt chẽ các mỏ titan sa khoáng ven biển của Việt Nam về sơ đồ công nghệ và thiết bị khai thác; việc tuân thủ các biện pháp đảm bảo an toàn và ổn định bờ mỏ; công tác cải tạo, phục hồi môi trường và hiệu quả khai thác mỏ.
27. DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN CỦA NGHIÊN CỨU SINH I. Đề tài nghiên cứu: 1. Nghiên cứu lựa chọn công nghệ khai thác hợp lý cho các mỏ titan sa khoáng ven biển Việt Nam. Đề tài cấp Trường ĐH Mỏ - Địa chất. Chủ nhiệm: Lê Quí Thảo, 2020. II. Bài báo ISI: 1. Yingli LV, Qui-Thao Le, Hoang-Bac Bui, Xuan-Nam Bui, Hoang Nguyen, Trung Nguyen- Thoi, Jie Dou and Xuan Song (2020), A Comparative Study of Different Machine Learning Algorithms in Predicting the Content of Ilmenite in Titanium Placer, Applied Sciences, ISSN 2076-3417, DOI: III. Bài báo hội nghị quốc tế: 1. Le Qui Thao, Vu Dinh Hieu, Nguyen Hoang, Nguyen Xuan Quang (2014), Using dredger for mining titanium placer in red sand strata in Ninh Thuan and Binh Thuan provinces of Viet Nam, The 3rd International Conference on Advances in Mining and Tunneling, Vung Tau, Viet Nam, p. 158-164. IV. Bài báo tạp chí trong nước: 1. Nguyễn Hoàng, Lê Thị Thu Hoa, Lê Quí Thảo (2015), Giải pháp ổn định bờ mỏ cho một số mỏ khai thác titan sa khoáng khu vực Bình Định - Phú Yên - Khánh Hòa. Tạp chí Công nghiệp Mỏ, số 3, tr. 29-32. 2. Lê Quí Thảo, Bùi Xuân Nam, Nguyễn Xuân Quang (2015), Phân loại các mỏ quặng titan sa khoáng ven biển Việt Nam. Tạp chí Công nghiệp mỏ, số 4, tr. 119-124. 3. Lê Quí Thảo, Bùi Xuân Nam (2017), Lựa chọn công nghệ, thiết bị khai thác phù hợp quặng titan sa khoáng có lẫn nhiều bùn sét và thân quặng năm sâu tại tỉnh Bình Định. Tạp chí Công nghiệp mỏ, số 1, tr. 34-38. 4. Phạm Văn Việt, Lê Quí Thảo, Lê Thị Thu Hoa (2017), Nghiên cứu xây dựng mối quan hệ gữa mức độ ổn định bờ mỏ với thông số hình học bờ mỏ cho mỏ khai thác quặng titan sa khoáng khu vực Bình Thuận. Tạp chí Khoa học kỹ thuật Mỏ- Địa chất, Tập 58, kỳ 2, tr. 137-144.