Đặc điểm chất lượng và tiềm năng tài nguyên quặng sắt laterit làm phụ gia xi măng khu vực Phong Điền, Thừa Thiên - Huế

TÓM TẮT:

Bài báo đánh giá đặc điểm chất lượng và tiềm năng tài nguyên quặng sắt laterit khu vực Phong Điền, Thừa Thiên - Huế. Kết quả nghiên cứu cho thấy khu vực nghiên cứu tồn tại 3 thân quặng sắt. Chúng được hình thành do phần trên các thành tạo của hệ tầng Tân Lâm có thành phần giàu sắt, bị các đứt gãy cắt qua, tạo đới dập vỡ, nứt nẻ. Điều này tạo ra các đá có độ lỗ rỗng cao nên khi gặp dòng nước các thành phần giàu sắt di chuyển theo và lắng đọng. Quặng nguyên khai lẫn nhiều vật chất hữu cơ và sét, chất lượng chưa đạt tiêu chuẩn làm phụ gia xi măng. Quặng sau khai thác được làm giàu bằng phương pháp tuyển rửa ở cỡ hạt d > 5mm với độ thu hồi đạt 60%, hàm lượng Fe₂O₃ là 42,05% đáp ứng tiêu chuẩn làm phụ gia điều chỉnh cho sản xuất xi măng. Tổng tài nguyên quặng sắt sau tuyển ở cấp 333 + 334a là 13.743.981 tấn, trong đó cấp 333 đạt 8.682.166 tấn, cấp 334a là 5.061.816 tấn.

Từ khóa: quặng sắt laterit, chất lượng, tiềm năng tài nguyên, phụ gia xi măng, huyện Phong Điền, tỉnh Thừa Thiên Huế.

1. Đặt vấn đề

Trong công nghiệp sản xuất xi măng, để đảm bảo thành phần hóa học của clinke xi măng porland thường sử dụng 2 loại nguyên liệu cơ bản là đá vôi và đá sét để làm hỗn hợp phối liệu. Ngoài ra, các thông số kỹ thuật của modul silicat, modul thủy lực, modul alumin,… cần dùng một số loại nguyên liệu để bổ sung các hàm lượng Al₂O₃, Fe₂O₃, SiO_2,… điều chỉnh các modul trên hay còn gọi là phụ gia.

Quặng sắt laterit chủ yếu được sử dụng làm phụ gia, cung cấp oxit sắt (Fe₂O₃) cho clinke xi măng. Trên cơ sở phân tích các tiền đề địa chất, các kết quả đánh giá bước đầu trước đây ở khu vực Phong Điền, Thừa Thiên - Huế cho thấy, các thành tạo laterit phân bố trên bề mặt của hệ tầng Phong Sơn. Việc nghiên cứu đặc điểm chất lượng và tiềm năng tài nguyên quặng sắt laterit khu vực Phong Điền góp phần làm sáng tỏ đặc điểm phân bố, hoàn thiện công tác dự báo tài nguyên khoáng sản làm cơ sở để định hướng thăm dò, khai thác và sử dụng hợp lý khoáng sản cho công nghiệp sản xuất xi măng. Trên cơ sở các kết quả nghiên cứu, bài báo làm rõ về đặc điểm chất lượng và tiềm năng tài nguyên quặng sắt laterit khu vực Phong Điền, Thừa Thiên - Huế, đây là cơ sở tài liệu quan trọng cho phép định hướng đầu tư thăm dò, khai thác và chế biến quặng sắt laterit mang lại hiệu quả kinh tế.

2. Đặc điểm địa chất các thân quặng sắt laterit vùng nghiên cứu

Khu vực Phong Điền nằm cách thành phố Huế khoảng 30 km về phía Tây Bắc; trên bản đồ địa chất, khu vực này nằm ở tờ Phong Điền tỷ lệ 1:50.000 hệ VN2000 số hiệu E-48-83-D. Tham gia vào cấu trúc địa chất khu vực có các thành tạo thuộc hệ tầng Tân Lâm (D₁tl), phân bố ở phía Bắc và phía Nam, diện tích nghiên cứu và trầm tích bở rời hệ Đệ tứ. Thành phần thạch học của các thành tạo hệ tầng Tân Lâm gồm chủ yếu là cát kết xen thấu kính sạn kết, bột kết và đá phiến sét. Các thành tạo hệ Đệ tứ phân bố rộng rãi trong khu vực, gồm trầm tích hệ tầng Quảng Điền (Q₁^2-3qđ), hệ tầng Phú Xuân (Q₁³px) thống Pleistocen và hệ tầng Phú Bài (Q₂^1-2pb) thuộc thống Holocen.

Theo kết quả nghiên cứu ở giai đoạn trước, quặng hóa được phát hiện tại khu vực xã Phong Xuân, Phong Mỹ, nằm trên các thành tạo trầm tích bở rời hệ tầng Quảng Điền. Trong phạm vi khu vực này đã phát hiện được 3 thân quặng sắt laterit.

Các thân quặng nằm ở thung lũng chạy dọc Đông - Tây, đây là thung lũng (sụt lún) được giới hạn bởi 2 đứt gãy theo hướng á vĩ tuyến. Quặng sắt được tích tụ do các thành tạo của hệ tầng Tân Lâm ở phần trên có thành phần giàu sắt bị các đứt gãy cắt qua, tạo đới dập vỡ, nứt nẻ, đá độ lỗ rỗng cao khi gặp dòng nước chúng di chuyển theo và lắng đọng ở phần thấp. Tại đây, nơi không có thảm thực vật, các dòng nước mặt hay đới nước ngầm gần bề mặt hình thành đới mao dẫn phân phối quặng.

Quặng laterit gồm laterit kết vón và laterit kết tảng nằm lộ thiên gần như hoàn toàn, đôi khi chúng nằm dưới lớp phủ có chiều dày mỏng. Do laterit kết tảng chỉ gặp ở nơi địa hình âm chứa nước không thường xuyên và có diện phân bố nhỏ, không tạo ra thân quặng độc lập nên chúng được gộp chung vào thân quặng laterit kết vón. Các thân quặng có đặc điểm như sau: (1) Thân quặng 1 kéo dài theo phương á vĩ tuyến khoảng 3650 m, chiều rộng từ 320 ÷ 550 m, trung bình 500 m, chiều dày trung bình thân quặng là 2,0 m. Chiều dày thân quặng thay đổi cả theo phương kéo dài và chiều rộng, quy luật chung là giảm dần từ trung tâm về phía đường bao thân quặng; (2) Thân quặng 2 kéo dài theo phương á vĩ tuyến khoảng 4950 m, chiều rộng từ 250 ÷ 920 m, chiều rộng trung bình 600 m, chiều dày trung bình 2,3 m. Thân quặng thay đổi cả theo phương kéo dài và chiều rộng, quy luật chung là giảm dần từ trung tâm về phía đường bao thân quặng. (3) Thân quặng 3 kéo dài theo phương á vĩ tuyến khoảng 5100 m, chiều rộng  khoảng 500 m và giảm dần về 2 đầu thân quặng, chiều dày trung bình 1,7 m. Chiều dày thân quặng thay đổi cả theo phương kéo dài và chiều rộng, quy luật chung là giảm dần từ trung tâm về phía đường bao thân quặng. Diện tích triển vọng chủ yếu tập trung ở phía Đông - Nam, thân quặng có chiều dày trung bình 1,9 m.

3. Đặc điểm chất lượng quặng sắt laterit

a. Thành phần khoáng vật

Theo kết quả phân tích nhiệt (DTA) và rơnghen, quặng laterit kết vón có các khoáng vật chủ yếu là gơtit, hydrogơtit, clorit, thạch anh, kaolinit,... Gơtit là khoáng vật quặng phổ biến, có hàm lượng dao động từ 11 - 31%, trung bình 21%. Hydrogơtit có hàm lượng dao động từ 26 đến 65%, trung bình 45,5%. Ngoài ra, các khoáng vật hydromica, chlorit, kaolinit ít phổ biến, hàm lượng trung bình lần lượt là 6,5%, 5,5% và 7,5%. Các khoáng vật khác như thạch anh chiếm 25 - 47%, felspat khoảng 4 - 6%.

b. Đặc điểm hình thái, kích thước độ hạt

Quặng laterit kết vón ở dạng bở rời có thành phần chủ yếu gồm sét, bột, cát và các hạt laterit có hình dạng, kích thước khác nhau.

Các hạt laterit có dạng ô van, hạt đậu và méo mó dạng góc cạnh, trong đó dạng hạt đậu chiếm chủ yếu. Các hạt laterit màu xám đen, xám nâu, bề mặt nhẵn, khi đập ra thường có nhân màu nâu vàng.

Kết quả phân tích 56 mẫu độ hạt cho thấy, độ hạt ³ 2 mm chiếm 3 %; độ hạt > 1 mm chiếm 19 %; độ hạt > 0,5 mm chiếm 59 %; độ hạt < 0,05 mm chiếm »19 %. Như vậy, quặng laterit kết vón có độ hạt tập trung chủ yếu > 0,5 mm.

c. Thành phần hóa học quặng

Thành phần hóa học của quặng laterit được nghiên cứu qua phân tích mẫu hóa cơ bản với bốn chỉ tiêu: SiO₂, Fe₂O₃, Al₂O₃, MKN của 76 mẫu rãnh laterit nguyên khai lấy ở công trình giếng, vết lộ dọn sạch tại 3 thân laterit và 20 mẫu hóa nhóm. Kết quả xử lý thống kê tập mẫu phân tích hóa cơ bản và mẫu hóa nhóm cho thấy hàm lượng FeO₃ khá thấp, trung bình FeO₃ đạt 35,71% trong tập mẫu hóa nhóm, mức độ biến đổi đồng đều với hệ số biến thiên là 12,4%. Hàm lượng các oxit SiO₂, Al₂O₃ và MKN tương ứng là 36,60%; 13,0%; 9,0%, mức độ biến đổi đồng đều với hệ số biến thiên dao động từ khoảng 5 đến 11,5%.

d. Đặc điểm các nguyên tố vi lượng

Đặc điểm phân bố của các nguyên tố vi lượng và sự có mặt của các nguyên tố có liên quan với quặng laterit kết vón thể hiện qua kết quả phân tích 10 mẫu quang phổ định lượng gần đúng. Kết quả phân tích cho thấy quặng laterit kết vón không có nguyên tố nào đáng chú ý. Các nguyên tố quý hiếm hoàn toàn vắng mặt. Các nguyên tố thuộc nhóm kim loại có giá trị rất nhỏ, đều thấp hơn trị số Clark.

4. Đánh giá khả năng sử dụng quặng sắt vùng Phong Điền làm phụ gia xi măng

Quặng sắt laterit chủ yếu được sử dụng làm phụ gia cho sản xuất xi măng. Laterit cung cấp oxit sắt (Fe₂O₃) cho clinke xi măng. Hiện nay, chưa có tiêu chuẩn chính thức cho loại phụ gia xi măng này, song dựa vào tài liệu Hội đồng đánh giá trữ lượng khoáng sản phê duyệt cho các nhà máy xi măng thì quặng sắt làm phụ gia điều chỉnh phải có hàm lượng Fe₂O₃ đạt từ 40% trở lên. Quặng sắt laterit tại khu vực Phong Xuân, Phong Mỹ - Phong Điền nằm trong các thành tạo bở rời của hệ tầng Quảng Điền nên laterit có lẫn nhiều sét và tạp chất hữu cơ. Kết quả nghiên cứu, đánh giá về hàm lượng của Fe₂O₃ trong laterit trung bình đạt 35,71%, thấp hơn so với tiêu chuẩn về laterit dùng cho sản xuất xi măng. Để nâng cao hàm lượng Fe₂O₃ trong quặng, cần tiến hành tuyển rửa, nhằm loại bỏ tạp chất của quặng laterit nguyên khai.

Chất lượng laterit tuyển rửa

Quặng laterit kết vón nguyên khai được tuyển bằng phương pháp ướt (sử dụng nước).          Các bước tiến hành gồm: mẫu nguyên khai được cho lên sàng có kích thước lỗ d > 0,5 mm, sau đó cho nước đi qua và lắc sàng để thu hồi mẫu có kích thước độ hạt d > 0,5 mm. Bằng phương pháp tương tự cũng thu hồi được mẫu quặng laterit có kích thước độ hạt d > 1 mm và d > 2 mm. Các mẫu tuyển rửa được sử dụng để tính độ thu hồi và phân tích hóa tương ứng với từng cỡ hạt.

Tinh quặng được thu hồi bằng phương pháp tuyển rửa nêu trên cho thấy, độ thu hồi quặng laterit ở các kích thước độ hạt khác nhau rõ rệt. Độ thu hồi tinh quặng ở kích thước độ hạt d > 0,5 mm đạt 60%; d > 1,0 mm đạt 19% và độ thu hồi quặng laterit có kích thước hạt d > 2 mm rất thấp, chủ yếu từ 4 ÷ 5%.

Kết quả phân tích và xử lý thống kê hàm lượng trung bình các oxít trong tập mẫu hóa cơ bản quặng laterit có kích thước độ hạt d > 0,5 mm, d > 1,0 mm và d > 2 mm cho thấy, hàm lượng của Fe₂O₃ đều trên 40%, trong đó hàm lượng trung bình của Fe₂O₃ ở cấp hạt d > 0,5 mm là cao nhất, đạt 42,05%. Hàm lượng trung bình của SiO₂ từ 30,20% đến 30,66%, của Al₂O₃ từ 13,11% đến 13,72% và MKN từ 8,31% đến 8,72%.

Như vậy, quặng laterit nguyên khai có hàm lượng Fe₂O₃ thấp hơn so với tiêu chuẩn laterit làm phụ gia sản xuất xi măng. Để nâng cao chất lượng quặng laterit nguyên khai, dùng phương pháp tuyển rửa bằng nước qua sàng 0,5 mm thu hồi quặng đạt khoảng 60%, hàm lượng Fe₂O₃ đạt trung bình là 42,05%.

Đối sánh với tiêu chuẩn chất lượng quặng sắt phụ gia xi măng được Hội đồng đánh giá trữ lượng khoáng sản phê duyệt cho các nhà máy xi măng hàm lượng Fe₂O₃ đạt từ 40% trở lên, quặng laterit tuyển rửa ở cỡ hạt >0,5mm vùng Phong Điền đáp ứng được yêu cầu làm phụ gia xi măng porland hỗn hợp.

5. Đánh giá tiềm năng quặng sắt laterit

Quặng laterit khu vực Phong Điền có cấu trúc địa chất đơn giản, nằm lộ thiên gần như hoàn toàn, đôi khi ở dưới lớp phủ có chiều dày mỏng và tương đối duy trì trên diện rộng, địa hình thoải. Các công trình nghiên cứu gồm các vế lộ, hào và các lỗ khoan khống chế dưới sâu. Với các đặc điểm nêu trên, tài nguyên quặng laterit tính theo phương pháp khối địa chất. Tài nguyên địa chất quặng laterit trong từng khối tính theo công thức: Qi = S1.m1.d                           

Trong đó: Qi - tài nguyên địa chất quặng laterit (tấn); Si - diện tích khối trên bình đồ (m2); mi - chiều dày trung bình thân quặng trong khối (m); d - thể trọng (T/m3).

Tài nguyên tinh quặng laterit trong khối tính theo công thức: QTQi = S1.m1.d.Kth       

Trong đó: QTqi - tài nguyên tinh quặng laterit trong khối thứ i (tấn); Kth - hệ số thu hồi tinh quặng (%).

Dựa vào mạng lưới điều tra đánh giá và vị trí thi công công trình, đặc điểm địa chất thân quặng, mạng lưới bố trí công trình, mức độ nghiên cứu để phân chia thân quặng thành các khối tính tài nguyên tương ứng với cấp 333 và 334a. Theo đó, có 7 khối tính tài nguyên với 3 khối cấp 333 và 4 khối cấp 334a. Tổng tài nguyên quặng sắt sau tuyển ở cấp 333 + 334a là 13.743.981 tấn, trong đó cấp 333 đạt 8.682.166 tấn, cấp 334a là 5.061.816 tấn (Bảng 1).

Bảng 1. Tổng hợp kết quả tính tài nguyên quặng sắt laterit sau tuyển

TT	Diện tích chứa quặng sắt	Tên khối - cấp tài nguyên	Diện tích (1.000 m2)	Chiều dày trung bình (m)	Thể trọng trung bình (tấn/m3)	Hệ số phân cắt địa hình	Tài nguyên quặng sắt nguyên khai (tấn)	Hệ  số thu hồi (Kth, %)	Tài nguyên quặng tinh (tấn)
1	L1	1 - 333	1.576	2	2,1	0,8	5.295.360	60	3.177.216
2		1 - 334a	795,2	2	2,1	0,8	2.671.872	60	1.603.123
3	L2	2 - 333	2.162	2,1	2,1	0,8	7.627.536	60	4.576.522
4		2 - 334a	421,5	1,7	2,1	0,8	1.203.804	60	722.282
5	L3	3 - 333	541,8	1,7	2,1	0,8	1.547.381	60	928.429
6		3/1 - 334a	878,2	1,7	2,1	0,8	2.508.139	60	1.504.883
7		3/2 - 334a	718,6	1,7	2,1	0,8	2.052.322	60	1.231.393
Tổng tài nguyên 333							14.470.276		8.682.166
Tổng tài nguyên 334a							8.436.360		5.061.816
Tổng tài nguyên 333 + 334a							22.906.635		13.743.981

6. Kết luận

Từ các kết quả nghiên cứu trên cho phép rút ra một số kết luận như sau:

- Các thành tạo laterit phân bố thành 3 thân quặng, tập trung ở khu vực Phong Mỹ, Phong Xuân, nằm trong các thành tạo của hệ tầng Quảng Điền (Q₁^2-3qđ), phủ lên trên hệ tầng Phong Sơn (D₃ - C₁ps).

- Quặng sắt laterit nguyên khai có lẫn nhiều vật chất hữu cơ và sét, hàm lượng oxit sắt trong quặng nguyên khai trung bình là 35,71%. Sau khi làm giàu bằng nước ở cỡ rây >0,5mm, thu hồi tinh quặng đạt khoảng 60%, hàm lượng Fe₂O₃ đạt trung bình là 42,05% đáp ứng được tiêu chuẩn chất lượng quặng sắt làm phụ gia điều chỉnh cho công nghiệp sản xuất xi măng.

- Tiềm năng quặng sắt laterit qua kết quả tính tài nguyên cho thấy tổng tài nguyên quặng sau tuyển cấp 333 + 334a đạt 13.743.981 tấn, trong đó cấp 333: 8.682.166 tấn, cấp 334a: 5.061.816 tấn.

TÀI LIỆU THAM KHẢO:                     

1. Kiều Quý Nam (2005). Kết quả điều tra, đánh giá các loại phụ gia có trên địa bàn Thừa Thiên Huế phục vụ sản xuất xi măng. Viện Địa chất, Hà Nội.
2. Nguyễn Thị Thanh Thảo (2010). Đặc điểm quặng sắt và đá phiến sét làm phụ gia xi măng porland hỗn hợp vùng Phong Điền - Thừa Thiên Huế. Trường Đại học Mỏ - Địa chất.
3. Phạm Huy Thông (1997). Bản đồ địa chất và khoáng sản tỷ lệ 1:50.000 nhóm tờ Huế. Trung tâm thông tin lưu trữ Địa chất.

Quality characteristics and resource potential of lateritic iron ore as additive for cement production in Phong Dien area, Thua Thien - Hue province

Ph.D Nguyen Tien Dung

Faculty of Geosciences and Geology Engineering

Hanoi University of Mining and Geology

Abstract:

This study assesses the quality characteristics and resource potential of lateritic iron ore in the Phong Dien area, Thua Thien - Hue province. The study’s results show that there are three iron ore bodies in this area. These deposits originate from the upper layers of the Tan Lam system, which are rich in iron and intersected by fractures, resulting in broken zones and cracks. As a result, the rocks have high porosity, allowing the iron-rich components to be carried and settle down when  they are in contact with water. The original ore contains many organic and clay materials, and its quality does not meet the standards as an additive for the cement production. After mining, the ore is enriched by the washing method at particle size d>5mm with a recovery rate of 60%, and the Fe₂O₃ content reaches 42.05%, meeting the standard as an additive for the cement production. The total iron ore resource after washing at levels 333 + 334a is 13,743,981 tons, with the level 333 containing 8,682,166 tons and the level 334a containing 5,061,816 tons.

Keywords: lateritic iron ore, quality characteristics, resource potential, Phong Dien area, Thua Thien Hue province.

[Tạp chí Công Thương - Các kết quả nghiên cứu khoa học và ứng dụng công nghệ, Số 7  tháng 3 năm 2023]