Nghiên cứu lựa chọn phương pháp mở vỉa khai thác và công nghệ khai thác chọn lọc cho mỏ đất hiếm nậm xe, huyện phong thổ, tỉnh lai châu

Phạm vi và nội dung nghiên cứu Phạm vi nghiên cứu: Mỏ đất hiếm Bắc Nậm Xe Các nội dung chính của luận văn Chương 1: Tổng quan khai thác và sử dụng đất hiếm Chương 2: Phương pháp luận lựa

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT

MA VĂN THỦY

NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP MỞ VỈA, KHAI THÁC

VÀ CÔNG NGHỆ KHAI THÁC CHỌN LỌC CHO MỎ ĐẤT HIẾM

NẬM XE, HUYỆN PHONG THỔ, TỈNH LAI CHÂU

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan: Luận văn thạc sĩ “Nghiên cứu lựa chọn phương pháp mở

vỉa khai thác và công nghệ khai thác chọn lọc cho mỏ đất hiếm Nậm Xe, huyện Phong Thổ, tỉnh Lai Châu” là công trình nghiên cứu khoa học của riêng tôi

Các số liệu trong Luận văn thạc sỹ và kết quả nghiên cứu được trình bày trong luận văn này là trung thực và chưa từng được công bố tại bất kỳ công trình nào khác

Hà Nội, ngày tháng năm 2018

Tác giả luận văn

Ma Văn Thủy

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 3

TỔNG QUAN KHAI THÁC VÀ SỬ DỤNG ĐẤT HIẾM 3

1.1 Đất hiếm và nguồn tài nguyên đất hiếm 3

1.1.1 Khái niệm đất hiếm 3

1.1.2 Nguồn tài nguyên đất hiếm 4

1.1.2.1 Nguồn tài nguyên đất hiếm trên thế giới 4

1.1.2.2 Nguồn tài nguyên đất hiếm ở Việt Nam 4

1.2 Khai thác và sử dụng đất hiếm 5

1.2.1 Khai thác và sử dụng đất hiếm trên thế giới 5

1.2.1 Khai thác và sử dụng đất hiếm ở Việt Nam 7

1.3 Điều kiện tự nhiên 10

1.3.1 Đặc điểm địa lý tự nhiên 10

1.3.2 Đặc điểm kinh tế - xã hội 11

1.4 Đặc điểm địa chất mỏ 12

1.4.2 Đặc điểm địa chất thủy văn 12

1.4.3 Đặc điểm địa chất công trình 12

1.4.4 Đặc điểm trữ lượng, chất lượng quặng đất hiếm Bắc Nậm Xe 16

1.4.3.1 Thành phần khoáng vật 16

1.4.3.2 Thành phần hoá học 22

1.5 Nhận xét và đánh giá chương 1 23

CHƯƠNG 2 24

PHƯƠNG PHÁP LUẬN LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP MỞ VỈA, KHAI THÁC CHỌN LỌC MỎ QUẶNG ĐẤT HIẾM NẬM XE 26

2.1 Khái quát chung về mở vỉa 26

2.1.1 Vị trí mở vỉa 26

2.1.2 Các tuyến đường mở vỉa 27

2.2 Công nghệ khai thác chọn lọc 28

2.2.1 HTKT và hướng phát triển công trình mỏ 28

2.2.1.1 Hệ thống khai thác 28

2.2.1.2 Hướng phát triển công trình mỏ 29

2.3 Nhận xét và đánh giá chương 2 30

CHƯƠNG 3: 31

NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT 31

KHAI THÁC HỢP LÝ MỎ ĐẤT HIẾM BẮC NẬM XE 31

3.1 Tính toán Công nghệ khai thác quặng đất hiếm 31

3.1.1 Phương pháp và công nghệ khai thác không chọn lọc 31

3.1.1.1 Lựa chọn, phân tích tính ưu việt đồng bộ khai thác mỏ 31

3.1.1.2 Thông số chủ yếu của HTKT 31

3.1.1.3 Lựa chọn sơ đồ công nghệ 34

3.1.1.4 Tính toán các khâu công nghệ chính 35

3.1.1.5 Tính toán tổn thất và làm nghèo quặng 39

3.1.2 Phương pháp và công nghệ khai thác chọn lọc 53

3.1.3 Xúc bốc chọn lọc khi bóc tách khoáng sản và đất đá 55

3.1.4 Công nghệ khai thác chọn lọc bằng máy ủi kết hợp với máy xúc 60

3.1.5 Công nghệ khai thác chọn lọc bằng máy xúc 62

3.1.6 Tính toán tổn thất và làm nghèo quặng khi khai thác chọn lọc 67

3.1.7 Tính toán tổn thất và làm nghèo quặng khi khai thác chọn lọc theo cấu tạo vỉa quặng đất hiếm Bắc Nậm Xe 67

3.2 Nhận xét và đánh giá chương 3 70

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 71

TÀI LIỆU THAM KHẢO 71

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 1.2 Thành phần hóa học khoáng vật bastnezit 17

Bảng 1.3 Thành phần hóa học khoáng vật parizit 18

Bảng 1.4 Thành phần hóa học khoáng vật monazit 19

Bảng 1.5 Thành phần hóa học khoáng vật cocdilit 20

Bảng 1.6 Bảng hàm lượng các nguyên tốtrong pyroclo 21

Bảng 1.8 Hàm lượng các hợp phần có ích quặng đất hiếm mỏ Bắc Nậm 23

Sơ đồ tính tổn thất và làm nghèo khoáng sản khi

khai thác chùm vỉa có vách trụ vỉa chỉnh hợp 48 Hỡnh 3.4

Sơ đồ xác định Km khi khai thác không chọn lọc

Hỡnh 3.5 Sơ đồ xác định Km và Kđ khi vỉa không quy cách 49 Hỡnh 3.6 Sơ đồ xác định tổn thất làm nghèo cho vỉa dốc tho 51 Hỡnh 3.7

Hỡnh 3.11 Sơ đồ quỹ đạo gàu xúc của máy xúc thuỷ lực gầu thuận 56

Hỡnh 3.17 Sơ đồ dọn vách vỉa theo lớp xiên bằng MXTLGN 62 Hỡnh 3.18 Sơ đồ khấu khoáng sản đối với cụm vỉa mỏng dốc đứng 64

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Hiện nay, nhu cầu của thị trường về quặng đất hiếm phục vụ cho công nghiệp điện tử, vi mạch cao cấp ngày càng gia tăng Mỏ đất hiếm ở Việt Nam rất ít, nằm ở các tỉnh phía Bắc, trong đó mỏ đất hiếm Nậm Xe, huyện Phong Thổ, tỉnh Lai Châu là điển hình Phương pháp mở vỉa, khai thác quặng, bóc đất

đá, thải đá, lưu trữ quặng nghèo, cần phải được xem xét lựa chọn kỹ càng Lựa chọn phương pháp khai thác hợp lý cho mỏ đất hiếm Nậm Xe, mỏ đầu tiên của loại hình khoáng sản này ở Việt Nam, có tính đặc thù riêng khi lập dự

án Mặt khác, quặng đất hiếm là loại khoáng sản có phóng xạ, nên khai thác, bảo vệ môi trường, cần nghiêm ngặt, mang tính xã hội, vì môi trường chung, xanh sạch, an toàn

Để đáp ứng được các yêu cầu trên, khi khai thác đòi hỏi mỏ phải đưa ra giải pháp mở vỉa hợp lý, đầu tư các loại thiết bị khai thác theo hướng hiện đại, làm việc chắc chắn, an toàn và mang lại hiệu quả cao Đồng thời nghiên cứu lựa chọn phương pháp khai thác tiên tiến, nhằm khai thác tối đa lượng quặng nguyên khai, tiết kiệm tài nguyên, giảm tổn thất làm nghèo quặng có hiệu quả, bảo vệ tài nguyên, giảm thiểu ô nhiễm môi trường, đảm bảo an toàn và phát triển bền vững

Chính vì vậy, đề tài luận văn “Nghiên cứu lựa chọn phương pháp mở vỉa

khai thác và công nghệ khai thác chọn lọc cho mỏ đất hiếm Nậm Xe, huyện Phong Thổ, tỉnh Lai Châu” được lựa chọn để nghiên cứu có tính cấp thiết

2 Mục tiêu của đề tài

Nâng cao hiệu quả khai thác, tận thu tối đa tài nguyên quý hiếm, bảo vệ tốt môi trường cho mỏ mỏ đất hiếm Nậm Xe, huyện Phong Thổ, tỉnh Lai Châu

3 Đối tƣợng nghiên cứu

Nghiên cứu được tiến hành cho mỏ đất hiếm Nậm Xe

4 Phạm vi và nội dung nghiên cứu

Phạm vi nghiên cứu: Mỏ đất hiếm Bắc Nậm Xe

Các nội dung chính của luận văn

Chương 1: Tổng quan khai thác và sử dụng đất hiếm

Chương 2: Phương pháp luận lựa chọn phương pháp mở vỉa, khai thác chọn lọc quặng đất hiếm Bắc Nậm Xe

Chương 3: Nghiên cứu lựa chọn Công nghệ kỹ thuật khai thác hợp lý

mỏ đất hiếm Bắc Nậm Xe

5 Phương pháp nghiên cứu

- Tổng hợp tài liệu, số liệu

- Phân tích đánh giá tổng hợp

- Phương pháp kế thừa

- Phương pháp so sánh và nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực tế

6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

6.1 Ý nghĩa khoa học

Nghiên cứu lựa chọn, phương pháp mở vỉa công nghệ khai thác chọn lọc hợp

lý mỏ đất hiếm và tính toán áp cho mỏ đất hiếm Bắc Nậm Xe, huyện Phong Thổ,

tỉnh Lai Châu, nhằm xây dựng mô hình khai thác tiên tiến, hiệu quả kinh tế, sử dụng thiết bị hiện đại, năng suất cao phù hợp điều kiện khai thác đặc thù, tận thu tối đa KSCI, giảm hệ số làm nghèo quặng, khai thác an toàn, bảo vệ tốt môi trường, phát triển bền vững

6.2 Ý nghĩa thực tiễn

- Các giải pháp lựa chọn phương pháp mở vỉa công nghệ khai thác hợp lý, các tính toán kinh tế, phân tích hiệu quả cho mỏ khai thác đất hiếm có đặc thù riêng

- Các kết quả nghiên cứu của đề tài có thể phục vụ cho việc lựa chọn phương pháp mở vỉa và đồng bộ khai thác chọn lọc, có hiệu quả kinh tế cao, bảo vệ môi trường cho các mỏ có điều kiên tương tư

7 Cấu trúc của Luận văn

Ngoài phần mở đầu, kết luận và kiến nghị, luận văn gồm 3 chương được trình bày trong 69 trang với 22 hình và 13 bảng biểu

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN KHAI THÁC VÀ SỬ DỤNG ĐẤT HIẾM

1.1 Đất hiếm và nguồn tài nguyên đất hiếm

1.1.1 Khái niệm đất hiếm

Đất hiếm là nhóm gồm 15 nguyên tố giống nhau về mặt hóa học trong bảng hệ thống tuần hoàn Mendeleev và được gọi chung là lantan, gồm các nguyên tố có số thứ tự từ 57 (lantan) đến số thứ tự 71 (lutexi) Thông thường ytri (số thứ tự 39) và scandi (số thứ tự 21) cũng được xếp vào nhóm đất hiếm

vì trong tự nhiên nó luôn đi cùng các nguyên tố này

Trong công nghệ tuyển khoáng, các nguyên tố đất hiếm được phân thành hai nhóm: nhóm nhẹ và nhóm nặng hay còn gọi là nhóm lantan-ceri và nhóm ytri Trong một số trường hợp, đặc biệt là kỹ thuật tách triết, các nguyên tố đất hiếm được chia ra ba nhóm: Nhóm nhẹ, nhóm trung gian và nhóm nặng

Đất hiếm là khoáng sản chiến lược, có giá trị đặc biệt không thể thay thế

và đóng vai trò cực kỳ quan trọng trong các lĩnh vực từ điện tử, kỹ thuật nguyên tử, chế tạo máy, công nghiệp hóa chất, nông nghiệp, y học đến lĩnh vực luyện kim và cả chăn nuôi trồng trọt Đất hiếm được dùng để sản xuất các chất xúc tác, nam châm, hợp kim, bột mài, gốm, chất phát quang… Để chế tạo các máy điện thoại di động, ổ đĩa cứng máy tính không thể không dùng đất hiếm Nhiều nước coi đất hiếm là vàng của thế kỷ XXI, thậm chí của cả thế kỷ XXII Các nhà khoa học thì gọi đất hiếm là những nguyên tố của tương lai Những lĩnh vực sử dụng chính của các nguyên tố đất hiếm và hỗn hợp gồm:

- Lantan (La) dùng trong men gốm và thuỷ tinh quang học

- Ceri (Ce) là thành phần chủ yếu của mischemetal dùng trong ngành công nghiệp sản xuất thép Ceri làm tăng độ bền, tăng tính mềm dẻo của hợp kim nhôm và tăng tính chịu nhiệt của hợp kim magne Các hợp kim của ceri làm lớp chống phát xạ trên bề mặt catôt của đền chân không, làm chất xúc tác trong

quá trình lọc dầu, tụ điện gốm và vật liệu chịu nhiệt của động cơ phản lực

- Prazeodim (Pr) là một thành phần của men gốm, của tụ điện và nam châm vĩnh cửu Hỗn hợp của Pr với Nd gọi là dydim được sử dụng làm kính bảo hộ cho công nghiệp sản xuất thủy tinh

- Europi (Eu) sử dụng trong đèn màu catôt Oxit của Eu làm chất phát quang màu đổ cho vô tuyến truyền hình màu, là thành phần cơ bản của các thanh điều khiển lò phản ứng hạt nhân

- Thuli (Tm) khi bị chiếu xạ, sẽ tạo ra một đồng vị phát ra tia X được

sử dụng trong các máy X quang di động

- Ytri (Y) sử dụng làm chất khử oxit trong thép không rỉ, trong các hợp kim đặc biệt, làm động cơ máy bay, trong bình acquy tái nạp Đồng vị của Y

sử dụng trong thuốc giảm đau

1.1.2 Nguồn tài nguyên đất hiếm

1.1.2.1 Nguồn tài nguyên đất hiếm trên thế giới

Theo các số liệu thống kê của Cơ quan Khảo sát Địa chất Anh - BGS (British Geological Survey), tổng tài nguyên đất hiếm trên toàn thế giới là 150 triệu tấn, trữ lượng là 99 triệu tấn, trong đó, Trung Quốc: 57,72%; Mỹ: 9,08%; Australia: 3,76%; Cộng đồng các quốc gia độc lập (CIS) 13,62%; Ấn Độ: 0,84%; Brazil: 0,05%; Malaysia: 0,02%; Các nước khác (bao gồm Indonesia, Kazakhstan, CHDCND Triều Tiên, Hàn Quốc, Kyrgyzstan, Mozambique và Việt Nam): 14,91% Trong 10 năm qua, sản lượng đất hiếm trên toàn thế giới tăng ổn định, sản lượng đất hiếm năm 2008 đạt 124.000 tấn, trong đó, Trung Quốc chiếm 97%, Ấn Độ 2,2%, Brazil 0,5% và Malaysia 0,3%

1.1.2.2 Nguồn tài nguyên đất hiếm ở Việt Nam

Việt Nam là một trong những quốc gia có tiềm năng lớn đất hiếm, trữ lượng khoảng 11 triệu tấn và dự báo là 22 triệu tấn phân bố ở miền Tây Bắc Kết quả nghiên cứu, tìm kiếm thực hiện từ năm 1958 đến nay đã phát hiện

được nhiều điểm tụ khoáng đất hiếm ở Bắc Nậm Xe, Nam Nậm Xe, Đông Pao (Lai Châu), Mường Hum (Lào Cai) và Yên Phú (Yên Bái)

1.2 Khai thác và sử dụng đất hiếm

1.2.1 Khai thác và sử dụng đất hiếm trên thế giới

Trong hơn mười năm qua, Trung Quốc luôn nắm vai trò độc quyền trong sản xuất và xuất khẩu nguồn tài nguyên đất hiếm, cung cấp cho những khách hàng truyền thống như Mỹ, Nhật Bản và những đối tác tại Châu Âu Hiện nay, Trung Quốc sở hữu hai nguồn đất hiếm chính, đó là, sản phẩm đồng hành được khai thác từ mỏ quặng sắt Bayan Obo thuộc khu Tự trị Nội Mông và khoáng sàng sét hấp thụ ion cấp thấp tại các tỉnh phía nam Trung Quốc như Jiangxi, Quangdong, Hunan, Quangxi và Fujian Về mặt thương mại, hai nguồn đất hiếm này bổ sung cho nhau, do sản phẩm đất hiếm của khu vực mỏ quặng Bayan Obo thuộc loại “nhẹ” còn nguồn sét lại chứa nhiều nguyên tố “nặng” hơn Ưu điểm chung trong khai thác hai nguồn đất hiếm này là chi phí sản xuất thấp, tuy nhiên, trong thời gian gần đây, vấn đề về môi trường và xử lý chất thải trong khai thác đã làm giảm bớt những lợi thế này Được phát hiện từ năm 1927, lúc đầu, mỏ Bayan Obo chỉ được xem như một khoáng sàng quặng sắt Tuy nhiên, 9 năm sau nó được xem là khu vực có tiềm năng về đất hiếm Theo các số liệu thăm dò, khu vực khoáng sàng này có trữ lượng 470 triệu tấn quặng sắt, 40 triệu tấn khoáng hóa có hàm lượng 3,5% - 4% đất hiếm, 1 triệu tấn Nb2O5 và 150 triệu tấn florua Các thân quặng dạng tầng và dạng thấu kính nằm xen giữa các lớp đất đá đôlomit, đá vôi, đá phiến

và thạch anh (đá quaczit)

Tại Mỹ, hai khu vực khai thác đất hiếm lớn nhất sẽ được tiến hành khai thác trở lại là Mountain Pass (bang California) và Pea Ridge (bang Missouri) nhằm đáp ứng nhu cầu sử dụng trong nước

Theo công suất thiết kế, sau khi sản xuất ổn định, khu mỏ Mountain Pass do Tập đoàn Molycorp Minerals khai thác, sẽ đạt sản lượng 19.050 tấn oxit đất hiếm/năm, đồng thời sẽ hợp tác với các công ty khác trong việc sản

xuất ra các sản phẩm nam châm tổng hợp neođim – sắt – bo có độ bền cao Theo kết quả khảo sát, khu mỏ có trữ lượng tin cậy 40.000 tấn oxit đất hiếm với hàm lượng 9,38% và trên 962.000 tấn oxit có hàm lượng 8,2% Như vậy, với sản lượng lên tới 40.000 tấn/năm, thì trữ lượng của mỏ vẫn còn đủ để khai thác trong gần 40 năm nữa Khu mỏ quặng sắt Pea Ridge do Công ty tư nhân Wings Iron Ore khai thác từ năm 2001 Tuy nhiên, các thân quặng tại khu mỏ Pea Ridge cũng chứa đất hiếm, đều dưới dạng apatit (đá photphat) trong thân quặng chính và trong các ống quặng rời, hàm lượng cao Quan trọng hơn nữa, Pea Ridgecó tỷ lệ đất hiếm nặng (samari, ơropi, gadolini, tecbi và ytri) cao hơn so với các nguồn đất hiếm khác, kể cả Mountain Pass, Bayan Obo và Mount Weld thuộc khu vực miền Tây Australia Việc khai thác trở lại của khu

mỏ này có thể được bắt đầu vào năm 2012 và khi sản xuất ổn định, mỏ có thể đạt sản lượng 42.000 tấn apatit/năm và 1.900 tấn oxit đất hiếm/năm Tại khu vực miền Tây Australia, dự án khai thác mỏ đất hiếm Mount Weld của Tập đoàn Lynas được tiến hành khai thác thử nghiệm từ năm 2008 Theo đánh giá

sơ bộ, khu mỏ này có tổng trữ lượng 17,59 triệu tấn oxit đất hiếm hàm lượng 8,1% (tương đương 7,9% lantanit), được chia làm hai khu vực khai thác, khu Trung tâm có trữ lượng 9,88 triệu tấn và khu Duncan có trữ lượng 7,62 triệu tấn Tuy khu Duncan chỉ có hàm lượng 4,8% nhưng lại có tỷ lệ các kim loại đất hiếm nặng cao hơn

Tại miền Bắc Canada, theo các số liệu khảo sát, khu vực mỏ cho có trữ lượng 14,48 triệu tấn và 175, 5 triệu tấn khoáng hóa lần lượt có hàm lượng 1,82% và 1,43% oxit đất hiếm Khoáng sàng đất hiếm Nechalacho còn có chứa các hợp chất khoáng hóa như tantali (Ta), niobi (Nb), gali (Ga)

Nechala-và ziriconi (Zr) Một nghiên cứu tiền khả thi đầu năm 2010 cho thấy, với sản lượng 10.000 tấn oxit đất hiếm/năm cùng các loại khoáng hóa kể trên, mỏ

hầm lò Nechalacho có khả năng khai thác trong 18 năm

1.2.1 Khai thác và sử dụng đất hiếm ở Việt Nam

Theo nguồn gốc có thể chia các mỏ, điểm quặng đất hiếm trên lãnh thổ Việt Nam thành ba loại hình mỏ như sau:

- Mỏ nhiệt dịch: phân bố ở Tây Bắc gồm các mỏ lớn, có giá trị như Bắc Nậm Xe, Nam Nậm Xe, Đông Pao, Mường Hum, Yên Phú và hàng loạt các biểu hiện khoáng hoá đất hiếm trong vùng Thân quặng có dạng mạch, thấu kính, ổ, đới xuyên cắt vào các đá có thành phần khác nhau: Đá vôi, đá phun trào bazơ, đá syenit, đá phiến Hàm lượng tổng oxyt đất hiếm trong các mỏ thuộc loại cao từ 1% đến trên 36%

- Mỏ sa khoáng: đã phát hiện 2 kiểu sa khoáng chứa đất hiếm gồm: + Sa khoáng lục địa: ở vùng Bắc Bù Khạng (Mỏ monazit Pom Lâu, Châu Bình và Bản Gió), tại các mỏ, điểm quặng này đất hiếm dưới dạng khoáng vật monazit, xenotim đi cùng ilmenit, zircon Quặng nằm trong các trầm tích thềm sông bậc I và II Nguồn cung cấp các khoáng vật chứa đất hiếm chủ yếu từ khối granit Bù Khạng Hàm lượng monazit 0,15 ÷ 4,8kg/m3

, điều kiện khai thác, tuyển đơn giản nên cần được quan tâm thăm dò và khai thác khi có nhu cầu

+ Sa khoáng ven biển: ven biển Việt Nam có nhiều mỏ và điểm quặng

sa khoáng ilmenit có chứa các khoáng vật đất hiếm (monazit, xenotim) với hàm lượng từ 0,45 ÷ 4,8kg/m3

như mỏ Kỳ Khang, Kỳ Ninh, Cẩm Hòa, Cẩm Nhượng (Hà Tĩnh), Kẻ Sung (Thừa Thiên Huế), Cát Khánh (Bình Định), Hàm Tân (Bình Thuận)… Tuy nhiên, monazit, xenotim trong các mỏ titan sa khoáng chưa được đánh giá đầy đủ

- Kiểu mỏ hấp thụ ion: Kiểu mỏ này do Tổng công ty Dầu khí và kim loại Quốc gia Nhật Bản (JOGMEC) phát hiện trong quá trình điều tra cơ bản địa chất theo biên bản ghi nhớ giữa Cục Địa chất và Khoáng sản Việt Nam với Tổng công ty Dầu khí và Kim loại Quốc gia Nhật Bản (JOGMEC) ngày

25 tháng 10 năm 2007 về đề án “Điều tra cơ bản địa chất đối với các nguyên

tố đất hiếm đi kèm với khoáng hóa Vàng - đồng - oxit sắt tại các tỉnh Lào Cai,

Yên Bái và Lai Châu” tại khu vực huyện Bảo Thắng, tỉnh Lào Cai với hàm lượng trung bình tổng đất hiếm khoảng 0,0443 ÷ 0,3233% TREO

Theo thành phần nguyên tố quặng đất hiếm trên lãnh thổ Việt Nam có thể chia làm hai loại:

- Đất hiếm nhóm nhẹ: Gồm các mỏ Nam Nậm Xe, Bắc Nậm Xe, Đông Pao và quặng sa khoáng Trong đó, khoáng vật đất hiếm chủ yếu là bastnezit (Nậm Xe, Đông Pao, Mường Hum) và monazit (Bắc Bù Khạng, sa khoáng ven biển)

- Đất hiếm nhóm nặng: Điển hình là mỏ Yên Phú Trong mỏ, hàm lượng tổng oxyt đất hiếm không cao (trung bình 1,12%) nhưng tỷ lệ hàm lượng oxyt đất hiếm nhóm nặng khá cao chiếm 21,0 ÷ 43,5% tổng oxyt đất hiếm Ngoài mỏ Yên Phú, mỏ đất hiếm Mường Hum cũng có tỷ lệ hàm lượng oxyt đất hiếm nhóm nặng so với tổng hàm lượng oxyt đất hiếm tương đối cao (21,16 ÷ 36,43%)

Việc triển khai các dự án khai thác đất hiếm sẽ mang lại lợi ích kinh tế Theo tính toán của giới khoa học, giá thị trường hiện là 800 USD/tấn đất hiếm, nếu tách riêng các nguyên tố có trong đất hiếm để bán, giá sẽ tăng lên nhiều lần, khoảng 1 triệu USD/tấn nguyên tố Tuy vậy, khai thác đất hiếm tiềm ẩn nguy cơ gây ô nhiễm môi trường cao hơn khai thác than đá, dầu mỏ rất nhiều Vì chế biến đất hiếm phải dùng nhiều loại hóa chất có ảnh hưởng đến môi trường Ngoài ra, trong đất hiếm có những khoáng chất mang tính phóng xạ với cường độ cao hơn những loại phóng xạ khác Khai thác và chế biến quặng đất hiếm sinh ra một khối lượng lớn chất thải Đất đá thải trong khai thác quặng đất hiếm được lưu giữ trong các bãi thải và thường phơi lộ trong môi trường, nên các chất độc hại như các chất phóng xạ, sulphides, fluorites và kim loại nặng trong đất đá thải sẽ hòa tan và lan truyền tới các thủy vực, rò rỉ vào hệ thống nước ngầm và đất đai Quặng đuôi thải ra từ quá trình tuyển quặng đất hiếm được lưu chứa trong các hồ thải cũng là nguồn có nguy cơ gây ô nhiễm môi trường lớn Các thành phần độc hại trong quặng

đuôi khi hòa tan có nguy cơ gây ô nhiễm môi trường đất, nước và không khí, bao gồm các kim loại như Al, Ba, Be, Cu, Pb, Mn, Zn, các chất phóng xạ (Th

và U), fluorides, sulphate, hóa chất tuyển…

Có thể khẳng định, Việt Nam là nước có tiềm năng về tài nguyên đất hiếm Tuy vậy, để khai thác bền vững quặng đất hiếm, hạn chế các tác động đến môi trường, trước mắt phải nghiên cứu công nghệ sản xuất, lựa chọn và

áp dụng thiết bị tiên tiến phù hợp Từ năm 2010 Chính phủ Việt Nam đã quyết định chọn Nhật Bản làm đối tác hợp tác trong việc khai thác đất hiếm Nhật Bản đã giúp Việt Nam xây dựng và vận hành Trung tâm nghiên cứu và chuyển giao công nghệ đất hiếm nhằm nghiên cứu khoa học và phát triển công nghệ tiên tiến, thân thiện với môi trường cho quá trình chế biến sâu quặng đất hiếm Việt Nam; nghiên cứu khoa học và phát triển công nghệ, vật liệu, sản phẩm có giá trị gia tăng cao từ đất hiếm Việt Nam; đào tạo cán bộ nghiên cứu, cán bộ kỹ thuật thông qua nghiên cứu và thông qua các chương trình đào tạo nhân lực; thực hiện chuyển giao công nghệ

Đây là nền tảng quan trọng giúp Việt Nam nâng cao trình độ công nghệ khai thác và chế biến nguồn tài nguyên đất hiếm, tiếp nhận chuyển giao công nghệ có hiệu quả, bền vững, thân thiện với môi trường

Đến nay, nước ta đã xây dựng cơ sở nghiên cứu với hệ thống trang thiết

bị tương đối đồng bộ cho việc chế biến sâu quặng đất hiếm, gồm các thiết bị

từ giai đoạn tuyển khoáng, thủy luyện, phân chia tinh chế đất hiếm đến xử lý chất thải và phân tích phục vụ quá trình nghiên cứu với kinh phí khoảng 3 triệu USD

Bên cạnh đó, đã thực hiện thành công các công nghệ như phát triển công nghệ tuyển quặng đất hiếm đạt mức độ thu hồi cao; xây dựng thành công công nghệ phân hủy tính quặng quy mô pilot; xây dựng công nghệ phân chia, thu nhận đất hiếm riêng lẻ độ tinh khiết cao; xây dựng công nghệ xử lý chất thải chứa nhân phóng xạ tự nhiên của quá trình tuyển, thủy luyện, phân chia tinh chế…

1.3 Điều kiện tự nhiên

1.3.1 Đặc điểm địa lý tự nhiên

a) Vị trí địa lý:

Mỏ đất hiếm Bắc Nậm Xe thuộc địa phận xã Nậm Xe, huyện Phong Thổ, tỉnh Lai Châu, nằm trong tờ bản đồ Hợp 2 (F-48-27-D) và tờ bản đồ Phong Thổ (F-48-39-B) tỷ lệ 1:50 000 Diện tích là 319,6 ha có toạ độ các góc như sau:

b) Đặc điểm địa hình, sông suối

Đây là vùng núi cao, hiểm trở, các mạch quặng phân bố trong tầng đá vôi bị hoa hóa thuộc hệ tầng Na Vang, ngược sườn núi theo hướng Bắc Tây Bắc lên đỉnh với độ cao tuyệt đối 1000 ÷ 1500m Sườn núi với độ dốc từ 20

÷ 25o bị phân cắt bởi nhiều khe suối có phương Đông Bắc - Tây Nam

Trong phạm vi vùng mỏ đá gốc lộ ra rất ít, chỉ gặp trong các khe suối

và tại các vách đá vôi Tầng đất phủ dày khá dày lớn nhất là 89,0m (lỗ khoan

278 tuyến 60), thông thường từ 20 ÷ 40m Thảm thực vật ở khu mỏ chủ yếu

là nương rẫy của nhân dân địa phương (chiếm 65 ÷ 70% diện tích mỏ) và cỏ tranh, lau sậy, cây to còn lác đáng trong khe suối lớn

c) Đặc điểm khí hậu

Nằm trong miền núi cao khu vực Tây Bắc khí hậu vùng mỏ rất khắc

nghiệt, sự chênh lệch nhiệt độ giữa ngày và đêm khá lớn (10 ÷ 15o) Khí hậu thay đổi theo mùa:

- Mùa mưa từ tháng 5 đến tháng 10 hàng năm Lượng mưa nhiều nhất vào tháng 7 tháng 8, nhiệt độ giữa ngày và đêm chênh lệch nhau nhiều, ban ngày 30 ÷ 32o, ban đêm 15 ÷ 20o, độ ẩm cao

- Mùa khô từ tháng 11 đến tháng 4 năm sau, khí trời hanh khô, rét buốt, nhiều sương muối vào tháng 12 và tháng 1, nhiệt độ hạ rất thấp (4 ÷ 5o) Cuối tháng 4 đầu tháng 5 thời tiết chuyển dần sang mùa hè thường xuất hiện những trận gió lốc kèm theo mưa đá

1.3.2 Đặc điểm kinh tế - xã hội

a) Dân cư

Dân cư sinh sống ở các bản làng chủ yếu là các dân tộc ít người gồm: Thái, Nhắng ở bản Mấn, bản Màu, bản Mỏ và bản Nậm Xe Trên các vùng cao hơn có dân tộc Dao, H’ Mông, ở thị trấn Phong Thổ ngoài đồng bào dân tộc còn có người Kinh chiếm tỷ lệ khá đông

b) Kinh tế

Kinh tế của dân tộc địa phương chủ yếu dựa vào sản xuất nông - lâm nghiệp, cuộc sống đã có nhiều tiến bộ nhưng vẫn còn ở mức thấp, đời sống văn hóa của nhân dân trong vùng đã được nâng cao đáng kể Ở xã Nậm Xe đã

có trường trung học cơ sở, trạm xá, bưu điện, mạng lưới điện thắp sáng được kéo về đến các bản lân cận vùng mỏ

- Đi tàu Hà Nội - Lào Cai chiều dài 296km, đi ô tô Lào Cai - thị xã Lai Châu - mỏ Bắc Nậm Xe khoảng 180km

Hiện nay, đã có đường ô tô cao tốc Hà Nội - Lào Cai tạo điều kiện thuận lợi đến mỏ Bắc Nậm Xe

1.4 Đặc điểm địa chất mỏ

1.4.2 Đặc điểm địa chất thủy văn

Mạng sông suối trong vùng mỏ không nhiều, suối Nậm Xe là suối chính chảy theo hướng Đông - Tây ở phía Đông Nam của mỏ, gần ranh giới giữa 2 vùng mỏ Bắc và Nam Nậm Xe với lòng suối dốc từ 2 ÷ 10o, lưu lượng nước thay đổi theo mùa, mùa khô ít nước nhưng mùa mưa nước chảy xiết gây khó khăn cho giao thông qua lại giữa hai bờ suối Ngoài ra trong vùng

mỏ có các suối nhánh của suối Nậm Xe chảy theo hướng Bắc - Nam, các suối nhánh có lưu lượng nước không đáng kể nhưng rất dốc, nhiều chỗ có những vách đá dựng đứng

1.4.3 Đặc điểm địa chất công trình

Mỏ đất hiếm Bắc Nậm Xe nằm từ bờ trái suối kéo dài qua bờ phải suối Nậm Xe lên đến độ cao 1.260m ở phía Tây Bắc, tham gia vào cấu trúc địa chất của vùng mỏ có các trầm tích: Đá vôi tuổi Pecmi và spilit, diabasporphy-rit, andezit, porphyrit, tuf, dăm kết tuf tuổi Trias Bản đồ địa chất khoáng sản năm 1996, nhóm tờ Phong Thổ (do Tô Văn Thụ thuộc Đoàn Intergeo 6 - Liên đoàn Intergeo làm chủ biên), kết hợp với tài liệu đo vẽ bản đồ địa chất tỷ lệ 1:

2000 trong quá trình thi công đề án vùng mỏ Bắc Nậm Xe xếp các thành tạo

trên vào các hệ tầng: Hệ tầng Si Phay (P1-2 sp), Na Vang (P2 nv) và Viên Nam (T1i vn)

a) Địa tầng

Hệ tầng Si Phay (P1-2 sp)

Hệ tầng Si Phay phân bố ở phía Đông Bắc vùng nghiên cứu với diện lộ nhỏ thuộc tập 2 của hệ tầng Si Phay Đá phiến silic chứa vật chất than có màu xám đen, xám, xám vàng nhạt, hạt mịn, cấu tạo phân phiến Thành phần khoáng vật chủ yếu gồm: Chalcedon và thạch anh (89-96%) dạng hạt ẩn tinh,

vi hạt tha hình, kích thước 0,001-0,005 mm, vật chất than (3-7%) dạng bụi sẫm màu ngoài ra còn có hydromica bị sericit hóa, khoáng vật quặng

Hệ tầng Na Vang (P2 nv)

Hệ tầng Na Vang chiếm một diện tích lớn của mỏ Bắc Nậm Xe với thành phần chủ yếu là đá vôi màu xám, xám sáng do tác dụng của dung dịch kiềm sau magma các thành tạo carbonat đã trải qua một quá trình biến chất mãnh liệt Quá trình biến chất trao đổi giữa dung dịch nhiệt dịch và đá cacbonat vây quanh của hệ tầng Na Vang tạo nên những loại đá biến chất trao đổi thực thụ (gọi chung là đá vôi bị biến chất trao đổi) Ở mỏ đất hiếm Bắc Nậm Xe các

đá vôi bị biến chất trao đổi có mối liên quan chặt chẽ với quặng hoá đất hiếm Chúng là dấu hiệu rất đáng tin cậy trong công tác thăm dò quặng đất hiếm Cho nên việc nghiên cứu chúng có ý nghĩa thực tiễn rất to lớn

Trên cơ sở phân tích mẫu lát mỏng, kế thừa kết quả nghiên cứu trước đây cho thấy trong phạm vi mỏ đất hiếm Bắc Nậm Xe có khá nhiều loại thành tạo đá vôi bị biến chất trao đổi như: đá biến chất trao đổi microclin - biotit - flogopit - calcit, đá biến chất trao đổi biotit - flogopit - calcit, đá biến chất trao đổi ribekit - biotit – flogopit calcit, đá hoa bị ribekit – flogopit – biotit - dolo-mit hóa chứa các khoáng vật quặng đất hiếm, đá hoa có flogopit Tuy nhiên trong đó phổ biến là đá hoa bị ribekit, flogopit, biotit, dolomit hóa chứa các khoáng vật quặng đất hiếm dưới dạng stocvec (mạng mạch và xâm tán) ổ, thấu kính nhỏ v.v tạo thành đới chứa quặng đất hiếm có giá trị công nghiệp Loại này cũng bị biến chất trao đổi nhưng còn yếu, thành phần khoáng vật calcit nguyên sinh còn nhiều trong đá

* Đá hoa có phlogopit

Đá có màu xám trắng, độ hạt vừa, cấu tạo khối hoặc phân dải mờ Thành phần khoáng vật chủ yếu là calcit (93-99%), phlogopit., các khoáng vật xắp xếp, phân bố không định hướng hoặc phân dải mờ Đá hoa có phlogopit thường lộ trên mặt tạo thành vách

Hệ tầng Viên Nam (T1 i vn)

Hệ tầng Viên Nam phân bố một diện nhỏ ở phía Đông Nam của mỏ với diện tích khoảng 0,4km2

với các đá phun trào gồm andezit, andezit porphyrit, diabas porphyrit Theo phương Tây Bắc tầng đá phun trào phủ không chỉnh hợp trên đá vôi hệ tầng Na Vang, các đá của tầng này đã bị biến đổi khá mạnh làm mờ thành phần và kiến trúc ban đầu của chúng, đặc biệt các loại đá này

đã bị clorit hoá mạnh, chúng có màu xanh lá cây

+ Andezit porphyrit: dạng khối, rắn chắc, hạt nhỏ hầu như không nổi ban, màu xanh ít khi có màu xám xanh Dưới kính hiển vi nhìn thấy rõ andezit porphyrit có kiến trúc tụ ban tinh với kiến trúc hialopilit của nền Ban tinh là các hạt nhỏ pyroxen và ít hạt horblen Pyroxen là augit bị thay thế hocblen, hiếm khi có các hạt plagiocla Nền gồm plagiocla hạt nhỏ, pyroxen, clorit và epidot, các khoáng vật quặng là titanomagnetit hoặc ilmenit

+ Diabas porphyrit: ít phổ biến hơn, chúng là loại đá hạt mịn, rắn chắc,

có màu xanh tối, trong diabas porphyrit thường gặp pyrit dạng xâm tán Dưới kính hiển vi thấy rõ đá có kiến trúc porphyr với kiến trúc biến dư nổi ban của phần nền, hiếm gặp những ban tinh với kích thước đến 1,5mm là augit và pla-gioclas (labrado) Augit hầu như bị thay thế hoàn toàn bởi hocblen thứ sinh, còn plagioclas bị xauxurit hoá Ở phần nền thấy giả hình xauxurit bám theo hạt dạng tấm plagioclas, khoảng cách giữa chúng được lấp đầy hocblen thứ sinh Với số lượng phát triển leucocen tạo thành khung theo hạt khoáng vật nguyên sinh titan, thành phần khoáng vật nguyên sinh của đá như sau: plagio-class (50%), augit (40%), khoáng vật quặng (5 ÷ 10%)

Đá diabas porphyrit bị biến chất mạnh, trong đá gặp các khoáng vật thứ sinh: pyroxen, amfibol và biotit màu xanh với số lượng đáng kể có thạch anh

và khoáng vật apatit hình kim nhỏ

Trong vùng các đá vụn núi lửa khá đa dạng, chủ yếu gồm: dăm kết tuf, tuf và tufogen của andezit và diabas, ít hơn có cát kết tuf và bột kết tuf

Trầm tích đệ tứ (Q)

Các thành tạo trầm tích đệ tứ phân bố chủ yếu tại các khe cạn, thung lũng dọc theo suối Nậm Xe… với thành phần gồm cuội, tảng, cát, sạn, bột, sét

bở rời màu xám đến xám vàng

b) Kiến tạo

Hình 1.0 Mặt cắt 19

Do ở vị trí địa kiến tạo rất đặc biệt, mỏ đất hiếm Bắc Nậm Xe đã trải qua lịch

sử phát triển địa chất lâu dài, gồm nhiều giai đoạn và có hình thái kiến trúc phức tạp

Các thành tạo địa chất giữ vai trò chính trong cấu trúc vùng mỏ đã bị chia cắt, biến đổi, đảo lộn mạnh mẽ bởi nhiều hệ thống đứt gãy thành nhiều khối tảng phức tạp với yếu tố thế nằm không xác định, phương nhìn chung có

xu thế cắm nghiêng về tây nam với góc dốc 30o

– 40o Quặng hóa ở đây được khống chế trong tập đá carbonat thường được tâp trung dưới những hình dạng thân quặng không rõ ràng dạng stocvec (mạng mạch và xâm tán), dạng ổ, thấu kính và nói chung không ổn định theo đương phương và hướng dốc

Các hệ thống đứt gãy, khe nứt: trong vùng gặp rất nhiều đứt gãy khác nhau về kiểu dáng, cấp độ và hướng phát triển các hệ thống đứt gãy chia làm

2 nhóm chính:

+ Đứt gãy có phương Tây Bắc - Đông Nam

+ Hệ thống đứt gãy phương Đông Bắc - Tây Nam

Hệ thống đứt gãy có phương Tây Bắc - Đông Nam là hệ thống chủ yếu, chi phối sự hình thành các thành tạo các đá mạch minet hạt lớn, minet hạt nhỏ

và các mạch quặng Hệ thống đứt gãy này xuất hiện trong thời kỳ hình thành đứt gãy sâu phân đới, đồng thời tái hoạt động ở giai đoạn muộn sau này

Hệ thống đứt gãy phương Đông Bắc - Tây Nam Chúng cắt qua tất cả các mạch minet và các mạch quặng

Các hệ thống khe nứt phát triển theo các phương Tây Bắc, Đông Bắc, kinh tuyến, vĩ tuyến, trong đó chủ yếu là hệ thống phương Tây Bắc – Đông Nam Ở một vài nơi các khe nứt và mặt trượt làm dịch chuyển các thể địa chất

có trước, hiện tượng dịch chuyển không phổ biến và cự ly không lớn

1.4.4 Đặc điểm trữ lƣợng, chất lƣợng quặng đất hiếm Bắc Nậm Xe

1.4.3.1 Thành phần khoáng vật

Mỏ đất hiếm Bắc Nậm Xe có thành phần khoáng vật rất phức tạp, tổng hợp các kết quả phân tích mẫu thạch học, khoáng vật, khoáng tướng, kế thừa các kết quả nghiên cứu trước đây đã xác định thành phần khoáng vật chủ yếu ở mỏ đất hiếm Bắc Nậm Xe với 80 loại khoáng vật khác nhau Trong số đó thường gặp và

có giá trị công nghiệp gồm: bastnezit, parizit, cordilit, monazit Rabdophanit, lantanit, Các khoáng vật quặng có kích thước chủ yếu từ 0,03 - 0,5mm

+ Khoáng vật nhóm sulfur như pyrit, pyrotin, galenit, sfalerit …

+ Khoáng vật nhóm không kim loại như barit, fluorit, apatit, carbonat Dưới đây là phần mô tả đặc điểm một sốkhoáng vật quặng chủ yếu

Bastnezit (Ce, La, Nd, )CO3F Đây là khoáng vật fluocacbonat -

đất hiếm, khoáng vật đặc trưng cho khoáng sàng đất hiếm có giá trị nhất của thế giới Dưới kính hiển vi bastnezit dạng vi lăng trụdẹt tựhình, nửa tựhình, kích thước 0,05- 0,5mm, màu nâu cánh gián nhạt, đa sắc rõ, cắt khai không hoàn toàn, tỷtrọng 4,7 g/cm3 đến 5,02g/cm3.Trong đới biến chất trao đổi bastnezit thường thay thếcalcite, ankerit và kết hợp chặt chẽvới barit, fluorit,

dolomit, manhetit, phlogopit… Thành phần hoá học bastnaesit theo kết quả phân tích microzonde như bảng 1.1

Hình 1.1 Khoáng vật bastnezit (Do: Dolomit, Bn:

Bastnaesit, Ba: Baryt) Bảng 1.2 Thành phần hóa học khoáng vật bastnezit

Parizit (Ce, La, Nd,…)2Ca(CO) 2 F2 Parizit là khoáng vật carbonat

đất hiếm phân bố nhiều hơn cả, thường cộng sinh với dolomit và barit Khoáng vật có màu hồng, nâu đỏ Ánh thuỷ tinh đến ánh nhựa, giòn, bán trong suốt đến mờ, vết vỡ dạng vỏ sò, đơn trục dương, đa sắc yếu, tỷ trọng 4,32 g/cm3 đến 4,41g/cm3 Khi bị biến đổi thì thường có màu nâu bẩn hoặc

là màu hồng phớt vàng Dưới kính hiển vi parizit có dạng tấm dẹt tự hình, nửa

tự hình, kích thước 0,03-0,5mm Trong đới biến chất trao đổi parizitt thường

thay thếcalcite, ankerit và kết hợp chặt chẽvới barit, dolomit, manhetit, opit… Thành phần hoá học của parisit theo kết quả phân tích microzonde như bảng 2.2

phlog-Hình 1.2 Khoáng vật parizit

Bảng 1.3 Thành phần hóa học khoáng vật parizit

Ce2O3 La2O3 Nd2O3 Fe2O3 CaO CO2F GĐK1103/1-C(P) 29,08 18,25 9,91 11,02 31,00 GĐK801/1-C(P) 28,78 19,97 8,51 0,03 10,85 31,00 GĐK1103/2-C(P) 29,93 17,68 10,38 0,72 10,05 31,00 GĐVL3-C(P) 30,12 16,28 11,31 0,52 10,11 31,00

Monazit (Ce, La)PO4: là khoáng vật tương đối phổ biến ở mỏ đất hiếm Bắc

Nậm Xe Tinh thểdạng hạt nhỏ, tự hình, đôi khi dạng tấm dẹt, kích thước hạt

~0,05mm Khoáng vật màu vàng, vàng nâu, vàng lục, ánh thủy tinh, ánh mỡ, cát khai không rõ ràng, trong suốt Vết vỡ gồ ghề Lưỡng trục dương Đa sắc yếu Tỷ trọng 5,0 đến 5,5 Monazit thường đi cùng các tập hợp manhetit, apa-tit, egirin, barit, calcit, ankerit, stronsianit hình thành trong giai đoạn tạo

quặng chính của mỏ Bắc Nậm Xe Thành phần hoá học của monazit theo kết quả phân tích microzonde như bảng 1.3

Bảng 1.4 Thành phần hóa học khoáng vật monazit

Ce2O3 La2O3 Nd2O3 ThO2 P2O5

Cocdilit (Ce, Ba)(CO3)3F2 Đây là khoáng vật chứa đất hiếm tương đối

hiếm gặp ở mỏBắc Nậm Xe Khoáng vật có màu vàng nhạt, vàng phớt xanh, nâu vàng, đôi khi nâu đậm do chứa nhiều bao thể bẩn, ánh mỡ, cắt khai rõ, đơn trục âm, cũng như bastnezit, parizit, nó thường phát triển chặt chẽ với barit, calcite, ankerit, pyrite, pirotin Thành phần hoá học của cocdilit theo kết quả phân tích microzonde như bảng 1.4

Bảng 1.5 Thành phần hóa học khoáng vật cocdilit

BaO Ce2O3 La2O3 Nd2O3 Fe2O3 CaO CO2F GĐVL6-B1 24,66 25,42 20,90 2,83 - 1,29 24,00 GĐVL6-B2 24,08 25,86 19,91 2,62 0,85 2,08 24,00

Rabdophanit (Ce,La)PO 4 H2O Là sản phẩm phong hóa chứa đất hiếm ở mỏ

đất hiếm Bắc Nậm Xe, phân bố tương đối phổ biến trong đới phong hóa của vùng mỏ Khoáng vật dạng đất, dạng màng vỏ mềm, xốp, bở Có màu đất, vàng, vàng nâu tùy mức độ nhiễm hydroxyt sắt

Hình 1.3 Khoáng vật Rabdophanit (dạng bột đất Kết quả phân tích rơnghen tại Trung tâm phân tích Địa chất đối với sản phẩm quặng tinh giàu đất hiếm cho thấy sự tồn tại của khoáng vật Rabdophanit với các pic đặc trưng: 2,80; 3,03; 5,95, khoảng hàm lượng 3-5%

Uranpyroclo (Na, Ca) 2 Nb 2 O 6 (OH, F) [2]: là khoáng vật đặc trưng chứa

Nb của mỏ khoáng Bắc Nậm Xe và là khoáng vật duy nhất để khai thác Nb trong carbonatit Pyroclo có 2 dạng: loại sáng màu và loại sẫm màu, tinh thể thường có dạng tinh thể hình 8 mặt Dưới kính, khoáng vật có màu nâu hồng, nâu vàng, đẳng hướng, bị rạn nứt, chiết suất cao, phản xạ bên trong tương đối rõ: độ sẫm, đỏ nâu Pyroclor nguyên sinh còn có dạng mạch xuyên carbonatit sớm Nó có thể đạt đến hàm lượng quặng và thường đi kèm với apatit, biotit, đolomit, magnetit và phlogopit Trong quá trình phong hóa, nhất là phong hóa hóa học, Pyroclor bịphong hóa mạnh, có khi là hoàn toàn Khi bịphong hóa Pyroclor trở nên màu trắng đục và có thể tạo nên các sản phẩm biểu sinh: ura-nokiecxit, otenit Pyroclo có chứa một sốnguyên tố sau (bảng 1.5)

Bảng 1.6 Bảng hàm lượng các nguyên tố trong pyroclo

Ca Ba Nb U Th Mg Si Fe Mn 406-1 Sẫm màu 1,5 0,7 40 15 4 0,01 0,2 1 0,003 40651-4 Sáng màu 1,5 1 40 20 4 0,02 0,08 0,1 0,003

Qua bảng trên cho thấy pyroclo chủyếu chứa Nb và U

Barit (BaSO 4 ) Là khoáng vật rất phổ biến trong khu mỏ, là thành

phần chính tạo nên các thân quặng Barit thường có dạng tinh thểlớn: dạng khối, mặt thoi, kích thước 4-6mm, phổ biến hơn barit có hạt vừa và nhỏ tạo thành khối đặc sít Barit có nhiều màu xanh da trời, xám, màu trắng, trắng phớt vàng, ánh thủy tinh Barit cắt khai hoàn toàn theo hai hướng, tỉ trọng 4,3-4,5; lưỡng trục dương Barit là khoáng vật được thành tạo ở nhiều giai đoạn trong quá trình tạo khoáng thường đi cùng với bastnezit, parizit, dolomit Thành phần hoá học của barit theo kết quả phân tích microzonde như bảng 1.6

Ảnh 1.4 Khoáng vật barit (Do: Dolomit, par: Bastnaesit, Ba: Baryt)

Bảng 1.7 Thành phần hóa học khoáng vật barit

Xe, dạng hạt nửa tự hình, tha hình, kích thước 0,1-1,0mm, dưới 1 nicol không màu, cắt khai hoàn toàn Trong đới quặng fluorit tâp trung dưới dạng ổ nhỏ, vi mạch Khoáng vật có ánh thuỷ tinh, đẳng hướng Chiết suất N=,.434 Kết quả nghiên cứu cho thấy tỷtrọng của Fluorit phụ thuộc vào màu sắc.Tỷ trọng đối với loại fluorit không màu là 3,17, với loại fluorit tím nhạt là 3,19, fluorit tím đen là 3,23, trung bình là 3,2 Khoáng vật fluorit thường cộng sinh với Barit,cacbonat, các khoáng vật đất hiếm Kết quả phân tích microzonde tại Trung tâm phân tích Địa chất về đơn khoáng Fluorit trong quặng gốc cho thấy thành phần hóa học của fluorit bao gồm: Ca=51,65% và F=48,0% Kết quả phân tích trước đây cho thành phần hoá học của fluorit trong vỏ phong hóa như sau: CaF2 =98, 69%; Sr0=1,45%; La203=0,036%; Ce0<0.01%; Nb205 rất ít Điều đó chứng tỏ trong vỏ phong hóa fluorit có chứa thêm các tạp chất cơhọc Pyrit FeS2: Là khoáng vật sulfur phổ biến nhất ởkhu mỏ, dạng hạt nửa

tự hình, tha hình, kích thước 0,02-2,0mm Pyrit phân bố dưới dạng ổ, xâm tán không đều Pyrit thường bị gơtit hóa một phần hoặc gần như hoàn toàn Trong tầng phong hóa pyrite bị biến đổi mạnh thành hematite và limonit

Manhetit (Fe 3 O 4 ): Là khoáng vật tương đối phổ biến ở mỏ Bắc Nậm Xe,

dạng hạt tha hình, kích thước 0,05-2,0mm Trong đới quặng manhetit tâp trung dưới dạng ổ nhỏ, vi mạch, thường đi cùng với Bastnezit Manhetit thường tạo mạch xuyên cắt pyrit trên nền đá

Calcit CaCO 3 : Dạng hạt tha hình, kích thước 0,2-0,6mm, dưới 1 nicol không

màu, giả hấp phụ rõ, cắt khai hoàn toàn, dưới 2 nicol giao thoa trắng bậc cao, phát triển hai hệ thống song tinh đa hợp ghép theo mặt cắt khai Ở đây calcit thường bị gặm mòn hoặc thay thế bởi các khoáng vật parizit, bastnezit, dolomit

1.4.3.2 Thành phần hoá học

Mỏ đất hiếm Bắc Nậm Xe là mỏ có cấu trúc địa chất phức tạp, thành phần vật rất đa dạng ngoài đất hiếm còn có uran, thori, niobi là những nguyên tố có ích cộng sinh chặt chẽ với đất hiếm

Quặng đất hiếm phong hóa ở mỏ đất hiếm Bắc Nậm Xe thường bở rời,

có màu xám vàng, xám đen, vàng, dạng bột đất Các khoáng vật đã bị phong

hóa vỡ vụn, ít nhiều đã bị biến đổi, hơn nữa chúng lại bị trộn lẫn trong hỗn hợp của sét và các khoáng vật vỡ vụn khác

Hàm lượng các hợp phần có ích quặng đất hiếm ở mỏ Bắc Nậm Xe theo kết quả phân tích hoá được tổng hợp ở bảng 1.8

Bảng 1.8 Hàm lượng các hợp phần có ích quặng đất hiếm mỏ Bắc Nậm Xe

TR2O3 ThO2 U3O8 Ta2O5 Nb2O5

Quặng phong hoá 4,544 0,3 0,017 0,0001 0,019

Qua bảng 1.8 cho thấy trong thành phần quặng đất hiếm phong hoá hàm lượng TR2O3; U3O8; ThO2; Nb2O5 đã được làm giàu đáng kểso với quặng đất hiếm gốc từ 2÷4 lần Cho thấy quặng đất hiếm phong hoá đã được tái làm giàu trong quá trình phong hoá

Hàm lượng các hợp phần có ích quặng đất hiếm phong hóa theo mẫu đơn và khối trữ lượng ở mỏ Bắc Nậm Xe theo kết quả phân tích hoá được tổng hợp ở bảng 1.9

Bảng 1.9 Tổng hợp hàm lượng các thành phần có ích

chủ yếu theo mẫu đơn và khối trữ lượng

Bảng 1.10 Thành phần hóa học thân quặng đất hiếm

TT Các hợp

phần

Các đặc trưng thống kê Quặng đất hiếm phong hoá Quặng đất hiếm gốc

1 Mỏ Bắc Nậm Xe nằm ở khu vực vùng núi cao, dân cư thưa thớt tuy nhiên đường giao thông thuận lợi để phục vụ quá trình khai thác mỏ

2 Mỏ đất hiếm Bắc Nậm Xe có thành phần khoáng vật rất phức tạp, tổng hợp các kết quả phân tích mẫu thạch học, khoáng vật, khoáng tướng, kế thừa các kết quả nghiên cứu trước đây đã xác định thành phần khoáng vật chủ yếu ở mỏ đất hiếm Bắc Nậm Xe với 80 loại khoáng vật khác nhau Trong số đó thường gặp và

có giá trị công nghiệp gồm: bastnezit, parizit, cordilit, monazit Rabdophanit, lantanit, Các khoáng vật quặng có kích thước chủ yếu từ 0,03 - 0,5mm

CHƯƠNG 2 NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP MỞ VỈA VÀ TRÌNH TỰ KHAI THÁC MỎ QUẶNG ĐẤT HIẾM NẬM XE

2.1 Khái quát chung về mở vỉa

Mục đích của công tác mở vỉa là tạo nên các đường giao thông để phục

vụ cho công tác vận chuyển khoáng sản và xúc bốc đất đá từ các tầng công tác lên mặt đất hoặc mặt bằng công nghiệp mỏ Công tác mở vỉa là một trong những yếu tố quan trọng nó ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình sản xuất của mỏ và do-anh thu của xí nghiệp mỏ Nếu công tác mở vỉa hợp lý thì sẽ làm tăng năng suất của các thiết bị vận tải, xúc bốc và đạt được hiệu quả kinh tế cao

Sơ đồ mở mỏ, trình tự khai thác mỏ được lựa chọn theo nguyên tắc sau:

- Đảm bảo công suất mỏ thiết kế (thuận lợi khi tăng công suất); phát huy tối đa mạng kỹ thuật hiện có (đường giao thông, mặt bằng, cung cấp nước );

- Tài nguyên khai thác đảm bảo chắc chắn, giảm thiểu sự rủi ro;

- Thuận lợi cho công tác khai thác, vận tải, thoát nước mỏ;

- Đảm bảo tổn thất nhỏ nhất;

- Giảm thiểu sự ảnh hưởng đến môi trường

2.1.1 Vị trí mở vỉa

Căn cứ vào điều kiện địa hình, địa chất, hiện trạng của khu mỏ, có thể

đưa ra phương án vị trí mở vỉa để thiết kế tính toán như sau:

Phương án 1 : Mở tuyến đường mở vỉa thân quặng từ mặt bằng +530 lên mặt bằng bãi xúc cốt cao + 845

Công tác mở vỉa của phương án này bao gồm các công tác sau: xây dựng khu vực công tác ban đầu cốt +845 trên đỉnh núi Lớp đất phủ trên đỉnh núi có thể xúc bốc trực tiếp hoặc được làm tơi bằng khoan nổ mìn được máy xúc thủy lực kết hợp với máy gạt chất tải lên ô tô 12÷15 tấn vận chuyển ra

bãi thải

Khối lượng mở vỉa phương án 1 như sau:

* Tuyến đường mở vỉa thân quặng:

- Chiều dài tuyến : 1.018,14 m

* Bãi xúc +845 thân quặng

Bãi xúc đầu tiên (mức +845) được thi công tại vị trí thân quặng Bãi xúc được tạo ra phải đảm bảo điều kiện thuận lợi cho ô tô và máy xúc làm việc đạt công suất khai thác Khối lượng thi công đào đất đá: 29.400 m3

Phương án 2 : Mở tuyến đường mở vỉa thân quặng từ mặt bằng +450 lên mặt bằng bãi xúc cốt cao + 845

Công tác mở vỉa của phương án này bao gồm các công tác sau: xây dựng khu vực công tác ban đầu cốt +845 trên đỉnh núi Lớp đất phủ trên đỉnh núi có thể xúc bốc trực tiếp hoặc được làm tơi bằng khoan nổ mìn được máy xúc thủy lực kết hợp với máy gạt chất tải lên ô tô 12÷15 tấn vận chuyển ra

bãi thải

Khối lượng mở vỉa phương án 2 như sau:

* Tuyến đường mở vỉa thân quặng:

- Chiều dài tuyến : 1.218,54 m

- Khối lượng đắp: 17.235m3

* Bãi xúc +845 thân quặng

Bãi xúc đầu tiên (mức +845) được thi công tại vị trí thân quặng Bãi xúc được tạo ra phải đảm bảo điều kiện thuận lợi cho ô tô và máy xúc làm việc đạt công suất khai thác Khối lượng thi công đào đất đá: 29.400 m3

* Phân tích so sánh 2 phương án mở vỉa và lựa chọn:

- Trình tự thi công đối với phương án 1 là điểm gần nhất tiếp xúc thân quặng khối 122, do đó sẽ đảm bảo thi công dễ dàng và hợp lý, giảm khối lượng xây dựng cơ bản, cung độ vận tải và an toàn trong khai thác hơn phương án 2

- Khối lượng các tuyến đường hào thông tầng của phương án 1 sẽ nhỏ hơn khối lượng của phương án 2

- Khối lượng làm đường mở vỉa của phương án 1 nhỏ hơn phương án

pháp khai thác lộ thiên cho toàn bộ thân quặng

Sau khi xem xét và nghiên cứu trình tự khai thác Lựa chọn hệ thống khai thác áp dụng cho mỏ như sau: Hệ thống khai thác hỗn hợp, sử dụng bãi

thải ngoài kết hợp bãi thải trong, vận chuyển bằng ôtô tự đổ

Công nghệ sử dụng khai thác là: Phá vỡ đất đá và thân quặng bằng phương pháp khoan, nổ mìn, xúc bốc bằng máy xúc thủy lực gầu ngược lên

ôtô, sau đó quặng được vận tải về kho quặng nguyên khai nhà máy tuyển, đất

đá được vận tải ra bãi thải rắn

Ưu điểm cơ bản của hệ thống khai thác hỗn hợp là khả năng cơ giới hoá cao, đáp ứng được nhu cầu sản lượng lớn, khối lượng công tác mở vỉa và chuẩn bị nhỏ, điều kiện làm việc an toàn và thuận lợi, công tác tổ chức và điều hành sản xuất trên mỏ đơn giản và tập trung, có khả năng mở rộng mỏ nhanh để nâng công suất khai thác khi nhà chế biến có nhu cầu

2.2.1.2 Hướng phát triển công trình mỏ

Trên cơ sở điều kiện sản trạng, cấu tạo và đặc điểm tính chất các vỉa quặng, hiện trạng khai thác mỏ, không gian, khối lượng đổ thải, hàm lượng đất hiếm trung bình giữa các thân quặng của các khu là khác nhau Do đó, trình tự khai thác được lựa chọn phải phù hợp với công tác đổ thải, hướng thoát nước, đường vận tải đất đá, quặng, phù hợp với tiến độ đền bù giải phóng mặt bằng và phải đáp ứng được yêu cầu hàm lượng đất hiếm đầu vào cho nhà máy tuyển Dựa trên những phân tích ở trên, lựa chọn trình tự khai thác các khu vực của mỏ đất hiếm Bắc Nậm Xe như sau:

- Trình tự khai thác từ trên xuống dưới, giữa các tầng kề nhau là gương tầng trên đi trước và cách gương tầng dưới đi sau một chiều dài xác định, giữa các gương trên cùng một tầng khấu đuổi trên các luồng xúc từ ngoài vào trong, các máy xúc làm việc cách nhau một khoảng xác định, sử dụng các luồng xúc cụt, ô tô vào nhận tải từ một phía

- Đất đá trên tầng được máy xúc xúc trực tiếp (có thể làm tơi bằng

kho-an nổ mìn nếu cần) lên ô tô chở ra bãi thải rắn

- Đá quá cỡ được xử lý bằng đầu đập thủy lực gắn vào máy xúc Những tảng đá quá lớn phải xử lý bằng khoan nổ mìn

- Sau đó máy xúc thủy lực sẽ xúc trực tiếp quặng đất hiếm chất tải lên ô

tô vận tải ra kho quặng nguyên khai nhà máy tuyển

- Để đảm bảo an toàn cho người và máy xúc, tuyến công tác được chia làm 2 khu vực: Khu vực 1 tiến hành khoan nổ, cậy bẩy ở gương công tác; khu vực 2 để cho thiết bị xúc bốc và vận tải làm việc

2.3 Nhận xét và đánh giá chương 2

1 Mỏ nằm trên đồi, núi cao do đó lựa chọn tuyến đường hào mở vỉa dạng bán hoàn chỉnh, phương án mở vỉa lựa chọn phương án 1 là điểm gần nhất tiếp xúc thân quặng khối 122, do đó sẽ đảm bảo thi công dễ dàng và hợp lý, giảm khối lượng xây dựng cơ bản, cung độ vận tải và an toàn trong khai thác

2 Lựa chọn hệ thống khai thác áp dụng cho mỏ như sau: Hệ thống khai thác hỗn hợp, sử dụng bãi thải ngoài kết hợp bãi thải trong, vận chuyển bằng ôtô tự đổ Công nghệ sử dụng khai thác phá vỡ đất đá và thân quặng bằng phương pháp khoan, nổ mìn, xúc bốc bằng máy xúc thủy lực gầu ngược lên ôtô, sau đó quặng được vận tải về kho quặng nguyên khai nhà máy tuyển, đất

đá được vận tải ra bãi thải rắn

CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ KHAI THÁC CHỌN LỌC CHO MỎ ĐẤT HIẾM NẬM XE

3.1 Tính toán Công nghệ khai thác quặng đất hiếm

3.1.1 Phương pháp và công nghệ khai thác không chọn lọc

3.1.1.1 Lựa chọn, phân tích tính ưu việt đồng bộ khai thác mỏ

Căn cứ vào đặc điểm địa hình mỏ nằm trên đồi, núi cao, cấu tạo địa chất thân quặng nằm xen lẫn trong đá, hiện trạng khai thác của mỏ, ưu nhược điểm - điều kiện áp dụng của hệ thống khai thác Sử dụng phương pháp khai thác lộ thiên cho toàn bộ các thân quặng

Sau khi xem xét và nghiên cứu trình tự khai thác lựa chọn hệ thống khai thác áp dụng cho mỏ như sau: Hệ thống khai thác hỗn hợp, sử dụng bãi thải ngoài kết hợp bãi thải trong, vận chuyển bằng ôtô tự đổ

Công nghệ sử dụng khai thác là: Phá vỡ đất đá và thân quặng bằng phương pháp khoan, nổ mìn, xúc bốc bằng máy xúc thủy lực gầu ngược lên ôtô, sau đó quặng được vận tải về kho quặng nguyên khai nhà máy tuyển, đất

đá được vận tải ra bãi thải rắn

3.1.1.2 Thông số chủ yếu của HTKT

Các thông số hệ thống khai thác được xác định trên cơ sở:

- Công nghệ khai thác

- Thiết bị công nghệ sử dụng

- Yêu cầu khối lượng quặng dự trữ tại gương khai thác

- Tính chất cơ lý của đất đá mỏ

3.1.1.2.1 Chiều cao tầng khai thác, h

Chiều cao tầng khai thác phụ thuộc vào chiều sâu khoan có hiệu quả của thiết bị khoan, chiều cao xúc hiệu quả đống đá sau nổ mìn của thiết bị xúc Từ thực tế sản xuất tại các mỏ khai thác quặng ở Việt Nam có điều kiện tương tự chọn chiều cao tầng khai thác trong đá h = 5 10 m, trong quặng h = 5m

3.1.1.2.2 Góc nghiêng sườn tầng khai thác, 

Thực tế tại các mỏ khai thác quặng có điều kiện tương tự, đất đá có góc cắm bất chỉnh hợp với góc nghiêng của tầng, trừ lớp phủ mỏng, còn lại là đá

vôi và syenit, chọn góc nghiêng sườn tầng khi khai thác trên quặng là:  =

200, với syenit và đá vôi chọn  = 48 - 650

3.1.1.2.3 Góc nghiêng bờ công tác, 

Để đảm bảo ổn định bờ mỏ, các tầng trên đất đá phong hóa, chọn góc nghiêng bờ công tác   320 Theo hệ thống khai thác áp dụng cho mỏ đã chọn, khi bóc đất đá các tầng dưới là đá vôi và syenit, chọn góc nghiêng bờ công tác: 37 - 400

3.1.1.2.4 Chiều rộng dải khấu (A)

Khi sử dụng nổ mìn bằng máy khoan đường kính lớn vận tải trực tiếp thì chiều rộng dải khấu A = 15-20 m

3.1.1.2.5 Chiều rộng mặt tầng công tác tối thiểu (Bmin)

Chiều rộng mặt tầng công tác tối thiểu phải đảm bảo cho thiết bị vận tải

và khai thác có thể hoạt động bình thường, an toàn và hiệu quả Theo thực tế điều kiện địa hình mỏ và căn cứ vào điều kiện làm việc an toàn của các thiết

bị mỏ hoạt động trên các mỏ có điều kiện tương tự chiều rộng mặt tầng công tác tối thiểu tại mỏ Bắc Nậm xe phải đảm bảo: Bmin = 25m

3.1.1.2.6 Chiều dài tuyến công tác: (Lxmin)

Chiều dài tuyến công tác được xác định theo điều kiện đảm bảo khối lượng khai thác hàng năm và phù hợp với kích thước biên giới khai trường Đối với mỏ đất hiếm Bắc Nậm xe có công suất khai thác trung bình, điều kiện địa hình đồi núi tương đối khó khăn chiều dài tuyến công tác được xác định theo chiều dài giới hạn khai trường: Lxmin = 30-50 m

3.1.1.2.9 Góc nghiêng sườn tầng khi kết thúc: (kt)

Góc nghiêng sườn tầng khi kết thúc khai thác, trong syenit: kt = 450, trong đá vôi kt = 650

3.1.1.2.10 Góc nghiêng bờ mỏ khi kết thúc: (kt)

Tương ứng với chiều cao tầng và góc nghiêng sườn tầng khi kết thúc khai thác trong syenit và đá vôi nêu trên, góc nghiêng bờ mỏ khi kết thúc khai thác là: kt = 20- 400.

Các thông số của hệ thống khai thác theo bảng 3.1

Bảng 3.1 Các thông số hệ thống khai thác

2 Chiều cao tầng kết thúc khai thác Hkt m 10

3 Chiều rộng mặt tầng công tác tối thiểu Bmin m 25

4 Chiều rộng mặt tầng kết thúc khai thác bkt m 3-5

5 Góc nghiêng sườn tầng khai thác  độ 20; 48-65

6 Góc nghiêng sườn tầng kết thúc khai thác kt độ 45-70